范德华异质结构最新Nature:摩尔超晶格中的杂化激子

【引言】

通过范德华作用力，二维材料间可以进行垂直堆叠组装，对晶格不匹配的单层晶体进行耦合。由于不同中的单层晶体的晶格结构不同，在组装时常常会出现晶格失配的现象，这种晶格失配会导致摩尔斑图的出现。这类摩尔斑图可以看做是组分晶体结构中出现的二维周期势调控，即摩尔超晶格。例如在石墨烯/氮化硼异质结构中，摩尔超晶格会改变本征石墨烯的能带，产生自相似的超晶格子带，进而会局部地打破石墨烯的晶格对称性，导致超导体-绝缘体转变的出现。

【成果简介】

曼彻斯特大学的Vladimir I. Fal’ko以及谢菲尔德大学的Alexander I. Tartakovskii（共同通讯作者）等人利用硒化钼和硫化钨单层组装成半导体异质结构，并阐明了在这一体系中的激子能带能够杂化使得摩尔超晶格效应得到共振增强。研究人员认为由于硒化钼和硫化钨导带边缘的近简并，这一异质结构的层内和层间激子杂化程度应该更高。该研究发现，当硒化钼中的空穴与邻近单层中的电子态叠加相互结合时，显著的激子能级移动与层间转角会呈现周期性函数关系，进一步体现了激子的杂化程度。文章进一步认为，对于硒化钼/硫化钨异质结构来说，能够产生杂化激子态共振层间杂化是摩尔超晶格效应的主要机制。这项发现为基于范德华异质结构的半导体器件中的能带结构设计提供了更多的策略。2019年03月06日，相关成果以题为“Resonantly hybridized excitons in moiré

superlattices in van der Waals heterostructures”的文章在线发表在Nature上。

【图文导读】

图1 硒化钼/硫化钨异质双层结构

图2硒化钼/硫化钨异质双层结构光学性质

图3 理论摩尔能带以及杂化激子的吸收谱

图4硒化钼/硫化钨异质双层以及硒化钼单层的低温（T=10K）光学谱图

图5硒化钼/硫化钨异质双层的光致发光谱以及发射光谱

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

本文由材料人学术组NanoCJ供稿，材料牛编辑整理。

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