(a) Imagen óptica de WS2 /WSe2 heterobicapa. (b) La energía del TDE en WS2 /WSe2 heterobicapa en función del ángulo de giro. ( c ) El patrón de emisión del espacio k polarizado del TDE. Crédito:Science China Press
Las estructuras de banda de tipo II en heterobicapas de dicalcogenuros de metales de transición (TMD) apilados verticalmente facilitan la formación de excitones entre capas. El ángulo de torsión y la falta de coincidencia en las constantes de red de las monocapas crean un potencial muaré periódico tan profundo como>100 meV, que puede afectar la banda prohibida óptica y las reglas de selección óptica de los excitones en formación. Identificar el origen de los picos de excitón en heterobicapas de TMD es a veces controvertido debido a sus energías similares.
Recientemente, investigadores de la Universidad de Wuhan (Grupo de Nanofotónica dirigido por el Prof. Shunping Zhang y el Prof. Hongxing Xu, Grupo de Física Computacional dirigido por el Prof. Shengjun Yuan) muestran que un excitón dependiente del ángulo de giro (TDE) resultó del acoplamiento entre capas entre la monocapa WS2 y WSe2, es un excitón intracapa con su momento dipolar de transición casi paralelo al plano atómico. Identifican este excitón basándose en un análisis sistemático y una comparación de espectros PL experimentales, cálculos de estructura de banda DFT dependiente del ángulo de giro, cálculos DFT-GW más precisos y cálculos ópticos de última generación utilizando el enfoque GW-BSE.
Los experimentos muestran que el nuevo excitón a alrededor de 1,35 eV en las heterobicapas WS2/WSe2 depende del ángulo de torsión (Figura 1b), exhibiendo las características del llamado "excitón entre capas". Luego, utilizaron la técnica de imágenes de plano focal posterior (imágenes de Fourier) para cuantificar la orientación del momento dipolar de transición del TDE en WS2 /WSe2 heterobicapa en la Figura 1c. El k -El patrón de emisión espacial del TDE muestra un carácter de dipolo en el plano, independiente del ángulo de torsión.
Un análisis más detallado indica que este "excitón entre capas" es de hecho una extracción intracapa aportada por WS2 capa, y la evidencia principal incluye:(1) La comparación de los espectros PL experimentales y el espectro de absorción calculado (Figura 2d) muestran que los 1,35 eV en los espectros PL coinciden bien con los 1,36 eV calculados; (2) El carácter de transición indirecta del momento del pico de 1,36 eV en el espectro de absorción óptica también ha sido validado por la densidad de unión cero de los estados excitados (Figura 2d) alrededor de 1,36 eV; (3) El análisis de peso excitónico muestra claramente que el estado excitónico de 1,36 eV es causado principalmente por la transición Γ-K; (4) El análisis de la distribución en el espacio real de la densidad de carga del excitón 1,36 eV (Figura 2e) muestra que tanto el electrón como el hueco provienen del WS2 solo capa.
(a) La estructura de bandas de WS2 /WSe2 heterobicapas. (a, b) La distribución de los estados hueco |+〉 y electrón |−〉 asociados con (b) la excitación K-K y (c) la excitación Γ-K. ( d ) Los espectros de absorción óptica de las heterobicapas WS2 / WSe2. (e) La distribución en el espacio real de la densidad de carga en el TDE. Crédito:Science China Press
