核心概念
通過調節 MoSe2 同質雙層的扭曲角度,可以控制電荷載流子濃度,進而操控激子與三子的形成,為基於二維半導體材料的多功能光電元件工程提供了新途徑。
這篇研究論文探討了在室溫下,透過閘控微型光致發光光譜學,對 MoSe2 同質雙層中激子複合物的操控能力。
研究目標:
研究 MoSe2 同質雙層中,扭曲角度對電荷載流子濃度和激子-三子轉換的影響。
透過密度泛函理論 (DFT) 計算,從理論上解釋實驗結果。
研究方法:
使用機械剝離和乾式轉移方法製備人工堆疊的 MoSe2 同質雙層,並製造了具有不同扭曲角度 (θ ∼1°、θ ∼4° 和 θ ∼18°) 的元件。
在室溫下,利用閘控微型光致發光 (µPL) 光譜學,研究了不同扭曲角度下,MoSe2 同質雙層的光學特性和電荷載流子濃度。
進行 DFT 計算,以揭示不同系統的扭曲角度依賴性特徵,例如相關的能帶邊緣、能帶排列和層間耦合強度。
主要發現:
扭曲角度顯著影響 MoSe2 同質雙層的電荷載流子濃度。
小扭曲角度 (θ ∼1°) 的同質雙層表現出本質 n 型摻雜行為,透過靜電摻雜可有效增強激子到三子的轉換。
大扭曲角度 (θ ∼18°) 的同質雙層呈現接近電荷中性的特性,其中中性激子具有最強的發射響應,與施加的偏壓無關。
DFT 計算預測,除了 Q 點的雜化態外,導帶最小值 (CBM) 位於布里淵區的 Q 點,而不是預期的 TMD 單層的 K/K' 點。
研究結果表明,根據扭曲角度的不同,導帶最小值和 Q 點的雜化態促進了谷間混合三子的形成,這些三子涉及導帶中的 Q 點和 K 點,以及價帶中的 K 點。
主要結論:
MoSe2 同質雙層的扭曲角度在調節其光電特性方面起著至關重要的作用。
小扭曲角度促進了谷間混合三子的形成,而大扭曲角度則導致類似於去耦合單層的行為。
這些發現為在室溫下,透過外部控制二維材料異質結構的光電特性,開闢了新的途徑。
研究意義:
這項研究增進了對二維材料同質雙層中,扭曲角度、電荷載流子濃度和激子行為之間複雜關係的理解,為開發基於二維半導體材料的新型光電元件提供了寶貴的見解。
統計資料
研究人員製造了三種不同扭曲角度的 MoSe2 同質雙層元件:θ = (1±1)°、(4±1)° 和 (18±1)°。
與單層 MoSe2 相比,θ ∼1° 的同質雙層的 PL 量子產率降低了 20 倍。
與單層 MoSe2 相比,θ ∼18° 的同質雙層的發射紅移約 20 meV。