强束缚各向异性激子的超快形成与湮灭
材料科学
2026-03-30 v1
摘要
具有长程磁序的范德瓦尔斯(vdW)层状材料有潜力实现新型光电子和自旋电子应用。其中，CrSBr是一种空气稳定的直接带隙半导体，具有层间反铁磁序、高度各向异性的电子结构和强束缚激子。特别是，CrSBr中的激子已被证明继承了材料的准一维特性，并且也与底层自旋序耦合。然而，激子形成、解离以及与自由载流子的相互作用机制仍 largely 未被探索，尽管它们对于自旋电子和光电子应用至关重要。在这里，我们利用时间和角度分辨光电子能谱来映射CrSBr中的电子结构和激发态动力学。我们直接解析了一个异常大的激子束缚能(~800 meV)和激子在动量空间中的高度各向异性分布，揭示了其准一维实空间特性。我们观察到束缚激子和准自由载流子之间的激发密度依赖的相互转换发生在亚到几皮秒的时间尺度上，表明多体效应支配着激发态动力学和光学特性在初始弛豫阶段。我们的工作强调了CrSBr中激子的强束缚和各向异性特征，以及在光激发后驱动弛豫路径的微观相互作用，这些与未来器件应用相关的高密度激发态有关。
引用
@article{arxiv.2603.26294,
title = {Ultrafast Formation and Annihilation of Strongly Bound, Anisotropic Excitons},
author = {Lawson T. Lloyd and Tommaso Pincelli and Mohamed Amine Wahada and Alessandro De Vita and Ferdinand Menzel and Kseniia Mosina and Túlio H. L. G. Castro and Alexander Neef and Andreas V. Stier and Nathan P. Wilson and Zdeněk Sofer and Jonathan J. Finley and Martin Wolf and Laurenz Rettig and Ralph Ernstorfer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.26294},
year = {2026}
}