二维半导体二硫化钼的研究及发展现状

二维半导体二硫化钼的研究及发展现状在光电器件领域具有广阔的应用前景。根据相关公开信息查询显示二硫化钼(MoS2)是一种典型的过渡金属硫属化合物，其二维结构表现出优异的光学性能、热电性能及光电性能，在光电器件领域具有广阔的应用前景。二硫化钼二维材料的独特结构和性能使得其在清洁能源领域表现出了广阔的应用前景。

层间激子Interlayer excitons（ILXs），电子/空穴对束缚在两个原子薄的层状半导体之间,已经成为研究激子凝聚、单光子发射和其他量子信息应用平台。然而，尽管存在广泛的光谱研究，但关于层间激子的大小、谷结构和莫尔势影响的关键信息，仍然未知。

今日，日本 冲绳科学技术大学院大学（Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University）Keshav M. Dani团队Ouri Karni 斯坦福大学， 国家加速实验室(SLAC National Accelerator Laboratory)等在Nature上发文，报道了在WSe2/MoS2异质结构中，捕获了结合形成层间激子ILX的两个粒子（电子和空穴）的时间分辨和动量分辨分布图像。因此，获得了约5.2nm的层间激子ILX直径（与6.1nm的莫尔晶胞长度相当）及其质心定位的直接测量。这种大尺寸的层间激子ILX，固定在莫尔晶胞内直径仅为1.8nm区域，小于激子本身尺寸。层间激子ILX的这种高度局部化，得到了Bethe–Salpeter方程计算的支持，并证明层间激子ILX，可以在较小的莫尔晶胞内局部化。与较大的莫尔单元不同，这些单元在较大区域上是均匀的，允许形成用于量子技术的局部激发扩展阵列。

Structure of the moiré exciton captured by imaging its electron and hole。

莫尔激子结构的电子和空穴成像。

图1：样品结构和实验配置。

图2：静态和光激发TR-μ-ARPES测量。

图3：层间激子ILX电子和空穴的时间分辨和动量分辨分布。

图4：实空间中的层间激子ILX波函数。

在过渡金属硫化物垂直堆叠后，可以形成二维范德瓦尔斯异质结，其中，第二类型能带结构，促使了空间间接激子产生，即“层间激子”。

该项研究，实验测量了束缚态中电子和空穴动量分布，提供了以前无法获得的关于表征层间激子ILX二体波函数的相对坐标和质心centre of mass COM坐标信息。对层间激子ILX相对坐标的实验测量，提供了其具体尺寸，从而确定了各种多激子过程（如Mott跃迁和激子-激子湮灭）性质和阈值的关键参数。激子质心COM坐标，在其基础物理中也起着重要作用。观察到的局域化，以及当层间激子ILX密度穿过每个莫尔单元时，动量空间加宽的开始，类似于基于杂质的量子点中的激子行为。

这些观测结果，支持了量子技术中的新兴方案，该方案使用了由周期性莫尔势产生的类似量子点的状态阵列。与较大的莫尔周期相比，使用具有小莫尔周期的晶格失配异质双层，具有扩展空间均匀性和对应变场鲁棒性的关键优势。同时，还提出了关于莫尔周期如何影响激子-激子相互作用和莫尔局域化。最后，质心COM分布提供了对激子系综温度的直接访问。结合直接从数据中读取激子密度，该实验测量，为研究多体激子态、及其与关联电子的相互作用以及相应相图，提供了重要的新工具。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04360-y

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-021-04360-y

本文译自Nature。

进展 | 高压下WS₂/MoSe₂异质结中稳定的层间激子

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