un patrón de Moiré en una heterobicapa de MoSe2 / WSe2 de tipo R. Las tres regiones resaltadas (A, B, y sitios C) corresponden a las configuraciones atómicas locales con simetría rotacional triple. b La vista lateral y superior de los tres registros atómicos locales de tipo R (A, B, y sitios C) y las correspondientes reglas de selección óptica para el excitón entre capas en estos registros atómicos. c Potencial de Moiré de la transición del excitón entre capas con un mínimo local en el sitio A. d Reglas de selección óptica para excitones entre capas de K-Valley. e Espectros PL de múltiples excitones de capa intermedia muaré en heterobicapas MoSe2 / WSe2 con ángulos de torsión de 1 ° (abajo) y 2 ° (arriba). Cada espectro está equipado con cuatro (1 °) o cinco (2 °) funciones gaussianas. f La energía central de cada resonancia de excitón de capa intermedia muaré en diferentes posiciones espaciales en cada muestra. g Espectro PL polarizado circularmente de la muestra de 1 ° bajo σ + excitación (arriba). El grado de polarización circular frente a la longitud de onda de emisión se muestra en la parte inferior, demostrando los múltiples excitones de la capa intermedia de muaré con emisión alterna de polarización circular y de polarización cruzada. h-j PL dependiente del campo magnético de excitones intercalares atrapados en muaré en heterobicapas MoSe2 / WSe2 con ángulos de torsión de 57 ° (h), 20 ° (i) y 2 ° (j). Arriba:espectros PL con resolución de polarización circular con ancho de línea estrecho (100 μeV) a 3 T. Abajo:intensidad PL total en función del campo magnético, mostrando un desplazamiento lineal de Zeeman de σ + y σ? componentes polarizados. k Espectro de absorción de la heterobicapa MoSe2 / WS2 en función del ángulo de torsión. Las resonancias de los excitones A y B de MoSe2 (XA y XB) están indicadas para ángulos de torsión grandes donde los efectos de hibridación se vuelven insignificantes. Las tres resonancias etiquetadas como hX1, 2, 3 que aparecen en θ? 0 ° corresponden a los excitones hibridados en la vecindad de XA. Crédito:Ying Jiang, Shula Chen, Weihao Zheng, Biyuan Zheng y Anlian Pan
Los excitones de capa intermedia en heteroestructuras de dicalcogenuros de metales de transición (TMD) de van der Waals (vdW) exhiben una física fascinante y son muy prometedoras para el desarrollo de dispositivos excitónicos. Los científicos en China presentan una descripción general sistemática y completa de la formación de excitones entre capas, relajación, transporte, y aplicaciones potenciales de heteroestructuras de TMDs vdW, con el fin de proporcionar una guía valiosa para los nuevos investigadores en este campo, así como para presentar los temas más importantes presentes en el campo para futuros estudios en profundidad.
Las heteroestructuras de TMD vdW generalmente poseen una alineación de banda de tipo II que facilita la formación de excitones entre capas entre las monocapas constituyentes. La manipulación de los excitones entre capas en las heteroestructuras de vdW de TMD es muy prometedora para el desarrollo de circuitos integrados excitónicos que sirven como contrapartida de los circuitos integrados electrónicos, lo que permite que los fotones y los excitones se transformen entre sí y, por lo tanto, unen la comunicación óptica y el procesamiento de señales en el circuito integrado. Como consecuencia, Se han llevado a cabo numerosas investigaciones para obtener una visión profunda de las propiedades físicas de los excitones entre capas, incluyendo la revelación de su formación ultrarrápida, Largas vidas de recombinación de poblaciones, e intrigantes dinámicas de valle de espín. Estas propiedades excepcionales aseguran a los excitones entre capas con buenas características de transporte y pueden allanar el camino para sus aplicaciones potenciales en dispositivos excitónicos eficientes. En el presente, Todavía falta una descripción general sistemática y completa de esta fascinante física, así como de las interesantes aplicaciones de los excitones entre capas en las heteroestructuras de TMD vdW, y es muy deseable para la comunidad científica.
En un nuevo artículo de revisión publicado en Ciencias de la luz y aplicaciones , un equipo de científicos, dirigido por el profesor Anlian Pan del Laboratorio clave de micro-nano física y tecnología de la provincia de Hunan, Facultad de Física y Electrónica, y la Facultad de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Universidad de Hunan, Porcelana, y compañeros de trabajo han dado una descripción y una discusión exhaustivas de la formación del excitón entre capas, relajación, transporte, y las aplicaciones potenciales en dispositivos optoelectrónicos excitónicos, basado en heteroestructuras TMDs vdW. En esta revisión también se presentó una perspectiva de oportunidades futuras para excitones entre capas en heteroestructuras basadas en TMD.
a Imagen óptica de dos heterobicapas WS2 / WSe2 desarrolladas por CVD con ángulos de torsión de 0 y 60 ° en la misma capa inferior WS2. b Imagen de microscopía electrónica de transmisión de barrido de campo oscuro anular de alta resolución de la heterobicapa de 60 °. El contorno de diamante blanco muestra la superrejilla muaré con una periodicidad de ~ 7,6 nm. c Ilustración esquemática de la heterobicapa WS2 / WSe2 con una alineación de banda de tipo II para facilitar la formación de excitones entre capas. d Representación esquemática de una estructura de banda electrónica típica de una heterobicapa WS2 / WSe2 en una celda unitaria primitiva (tensa). Las cuatro transiciones de menor energía se indican con flechas (las transiciones de valle K-K se indican con flechas verticales 1 y 2, y las transiciones de valle K-Q se indican mediante flechas verticales 3 y 4). Las transiciones K-K en monocapas individuales WS2 y WSe2 están marcadas con flechas verticales WS2 y WSe2, respectivamente. e Potenciales muaré aproximados para los ángulos de giro de 0 ° (izquierda) y 60 ° (derecha) trazados a lo largo de la diagonal principal de las supercélulas muaré (líneas negras en f). F, g Ilustraciones de los potenciales de muaré K-K 2D en gráficos 3D y proyecciones 2D para atrapar excitones entre capas (esferas roja y negra) en los mínimos locales para heterobicapas de 0 ° (f) y 60 ° (g). h Distancias cuadráticas medias dependientes del tiempo (σt2-σ02) recorridas por excitones entre capas en heterobicapas de 0 ° y 60 °, así como por excitones intracapa en monocapas WS2 y WSe2 (1L-WS2, 1L-WSe2). i Transporte de excitones entre capas dependiente de la densidad de excitones a temperatura ambiente para la heterobicapa de 60 °. j Transporte de excitones entre capas dependiente de la temperatura para la heterobicapa de 60 °. Crédito:Ying Jiang, Shula Chen, Weihao Zheng, Biyuan Zheng y Anlian Pan
Específicamente, el contenido de esta revisión incluye cuatro secciones. La primera sección discutió la alineación de la banda, transferencia de carga ultrarrápida, y la formación de excitones entre capas así como sus propiedades fundamentales en heteroestructuras de TMDs vdW. Excitones de capa intermedia muaré, como un punto de acceso de investigación de reciente aparición, también se detallaron en esta sección.
La segunda sección discutió los procesos de relajación del excitón entre capas, incluida la dinámica de recombinación de la población, el proceso de dispersión de intervalo, y la dinámica de polarización de valle en heteroestructuras de TMDs vdW. Se resumieron las vidas de recombinación de los excitones entre capas en varios TMDs vdW sistemas heteroestructurales, y el papel de la superrejilla muaré en la vida útil de los excitones entre capas también se discutió en esta sección.
La tercera sección revisó los comportamientos de transporte de los excitones entre capas en heteroestructuras de TMD vdW, incluyendo la difusión de excitones entre capas sin campo eléctrico externo, el transporte de excitones entre capas (polarizado en valle) con campo eléctrico externo, y la manipulación del transporte de excitones entre capas bajo diversos paisajes potenciales, como pozos o barreras potenciales. Es más, Las influencias del potencial muaré y las reconstrucciones atómicas en el transporte de excitones entre capas también se detallaron en esta sección. Estos trabajos relacionados ofrecen una forma novedosa de controlar el comportamiento del transporte de excitones en dispositivos excitónicos potenciales.
Después de una descripción detallada de la formación de excitones entre capas, propiedades de relajación y transporte en heteroestructuras de TMDs vdW, la sección final de esta revisión brindó una breve introducción de las aplicaciones potenciales de los excitones entre capas en varios dispositivos excitónicos como los interruptores excitónicos, láseres y fotodetectores. La luz cuántica basada en excitones de capa intermedia atrapados en muaré también se discutió aquí. Sin embargo, la investigación sobre dispositivos excitónicos basados en excitones entre capas en heteroestructuras de TMD vdW aún se encuentra en etapas tempranas. En trabajos futuros se espera mejorar el rendimiento de los dispositivos excitónicos ya desarrollados para aplicaciones prácticas y explorar dispositivos excitónicos más funcionales como guías de ondas y moduladores. Es más, la integración de dispositivos excitónicos individuales como fuentes de luz, interruptores moduladores, y los detectores en un solo chip es muy probable y muy deseable en el futuro para realizar la optoelectrónica integrada en el chip basada en heteroestructuras bidimensionales de vdW.
