范德華異質結構最新Nature:摩爾超晶格中的雜化激子

【引言】

通過范德華作用力，二維材料間可以進行垂直堆疊組裝，對晶格不匹配的單層晶體進行耦合。由于不同中的單層晶體的晶格結構不同，在組裝時常常會出現晶格失配的現象，這種晶格失配會導致摩爾斑圖的出現。這類摩爾斑圖可以看做是組分晶體結構中出現的二維周期勢調控，即摩爾超晶格。例如在石墨烯/氮化硼異質結構中，摩爾超晶格會改變本征石墨烯的能帶，產生自相似的超晶格子帶，進而會局部地打破石墨烯的晶格對稱性，導致超導體-絕緣體轉變的出現。

【成果簡介】

曼徹斯特大學的Vladimir I. Fal’ko以及謝菲爾德大學的Alexander I. Tartakovskii（共同通訊作者）等人利用硒化鉬和硫化鎢單層組裝成半導體異質結構，并闡明了在這一體系中的激子能帶能夠雜化使得摩爾超晶格效應得到共振增強。研究人員認為由于硒化鉬和硫化鎢導帶邊緣的近簡并，這一異質結構的層內和層間激子雜化程度應該更高。該研究發現，當硒化鉬中的空穴與鄰近單層中的電子態疊加相互結合時，顯著的激子能級移動與層間轉角會呈現周期性函數關系，進一步體現了激子的雜化程度。文章進一步認為，對于硒化鉬/硫化鎢異質結構來說，能夠產生雜化激子態共振層間雜化是摩爾超晶格效應的主要機制。這項發現為基于范德華異質結構的半導體器件中的能帶結構設計提供了更多的策略。2019年03月06日，相關成果以題為“Resonantly hybridized excitons in moiré

superlattices in van der Waals heterostructures”的文章在線發表在Nature上。

【圖文導讀】

圖1 硒化鉬/硫化鎢異質雙層結構

圖2硒化鉬/硫化鎢異質雙層結構光學性質

圖3 理論摩爾能帶以及雜化激子的吸收譜

圖4硒化鉬/硫化鎢異質雙層以及硒化鉬單層的低溫（T=10K）光學譜圖

圖5硒化鉬/硫化鎢異質雙層的光致發光譜以及發射光譜

文獻鏈接：Resonantly hybridized excitons in moiré superlattices in van der Waals heterostructures（Nature, 2018, DOI: 10.1038/s41586-019-0986-9）

本文由材料人學術組NanoCJ供稿，材料牛編輯整理。

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