最新Science:探測半導體中的暗激子

【引言】

半導體受到激發便會產生激子——即由庫侖力束縛在一起的電子-空穴對，進而深刻影響材料的光電性能。幾十年來，對激子進行解析和成像始終是一項艱巨的挑戰。特別是在原子級厚度的半導體中，對于動量禁阻暗激子（momentum-forbidden dark excitons）的光學探測一直難以實現。

【成果簡介】

近期，沖繩科學技術大學的Keshav M. Dani（通訊作者）等人通過光發射電子從時間、動量、能量層面進行解析，成功探測了硒化鎢單層的激子動量態。在實驗中，作者對動量禁阻的暗激子進行了直接可視化，從而研究了這類激子的簡并度等性能，并從能量-動量角度分析暗激子的形成途徑。此外，研究人員還觀測到這些暗激子控制著激發態分布，這一重大發現更是表明了暗激子在影響原子級厚度半導體性能方面扮演了重要角色。2020年12月04日，相關成果以題為“Directly visualizing the momentum-forbidden dark excitons and their dynamics in atomically thin semiconductors”的文章在線發表在Science上。

【圖文導讀】

圖1 硒化鎢單層中激子的時間分辨XUV（高能極紫外）-μ-ARPES（過渡金屬硫化物的角分辨光電子能譜）

圖2 激子共振

圖3 共振激發后的激子動力學

圖4 Above-gap激發后的激子形成和動力學

文獻鏈接：Directly visualizing the momentum-forbidden dark excitons and their dynamics in atomically thin semiconductors（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.aba1029

本文由材料人學術組NanoCJ供稿。

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