Commutation de la structure fine des trions d’intervalle KQ et de leur dynamique dans la monocouche dopée n WS2

S’appuyant sur l’idée de recherche du degré de liberté de spin électronique, le degré de liberté de la vallée peut être utilisé comme support d’informations pour concevoir et réaliser des dispositifs fonctionnels associés. Les dichalcogénures de métaux de transition monocouches du groupe VI (TMD) sont récemment apparus comme des candidats prometteurs pour les applications photoniques et opto-valleytroniques en raison de leurs excellentes propriétés photoélectriques et de leur structure particulière de vallée d’énergie.

D’autre part, les propriétés optoélectroniques de ces cristaux semi-conducteurs atomiquement minces sont fortement régies par les paires électron-trou étroitement liées telles que les excitons et les trions (excitons chargés) en raison des interactions de Coulomb améliorées dans la limite 2D. Les configurations anormales de spin et de vallée aux bords de la bande de conduction dans le WS monocouche₂ donnent lieu à des complexes de vallées à plusieurs corps encore plus fascinants.

Le couplage de charges, de spins, de vallées d’énergie et de quasiparticules complexes à plusieurs corps offre des possibilités de manipulation informations quantiques par une méthode optique. Parmi eux, le contrôle de ces complexes à plusieurs corps en régulant la charge de la vallée par des champs externes est un moyen efficace pour réaliser le développement de nouveaux dispositifs quantiques, qui devraient être appliqués dans les domaines de l’informatique quantique et de la communication quantique.

Les auteurs d’un article maintenant publié dans Avancées optoélectroniques trouvé que la vallée Q indirecte dans la première zone de Brillouin de la monocouche WS₂ joue un rôle critique dans la formation d’un nouvel état excitonique. En utilisant un WS encapsulé h-BN de haute qualité₂ transistor à effet de champ, il est capable de changer la concentration d’électrons dans les vallées KQ aux bords de la bande de conduction. Par conséquent, une caractéristique d’émission distincte pourrait être excitée dans la région de dopage électronique élevé. Cette fonctionnalité est compétitive avec les trions K-valley traditionnels et obéit à la loi de distribution de Boltzmann.

D’autres études ont prouvé que cette caractéristique provient de la luminescence des trions indirects de la vallée Q. Une telle caractéristique diffère du complexe trion-exciton (XX-) rapporté précédemment, qui n’apparaissait que dans la région à très faible dopage de l’échantillon, bien qu’ils aient des énergies très proches. On constate que le niveau de dopage réel de l’échantillon a un impact significatif sur la réponse en loi de puissance de cette caractéristique d’émission. Avec l’augmentation du niveau de Fermi, la diffusion des électrons vers la vallée Q devient plus efficace, facilitant la formation d’un tel état chargé. Par conséquent, il est capable d’ajuster sa réponse en loi de puissance de linéaire (α ~ 0,95) à superlinéaire (α ~ 1,42), et sa durée de vie radiative τ2 de 880 ps à 250 ps efficacement par modulation de grille.

L’étude suggère que la vallée Q indirecte a un impact significatif sur les voies de relaxation des complexes d’excitons lorsque son niveau d’énergie est inférieur ou proche de celui de la vallée K directe, ce qui offre une nouvelle perspective pour comprendre le matériau. Les auteurs notent également que la vallée Q de la première zone de Brillouin résulte de la forte hybridation des orbitales p et d entre l’atome de chalcogène X et l’atome de métal de transition M, ce qui rend ces vallées très sensibles aux stimuli environnementaux, tels que la souche, le dopage, champ magnétiquechamp diélectrique, etc. La forte interaction QK valley suggère que de tels états sont de bons candidats pour régler l’enchevêtrement spin/vallée dans ces matériaux et leurs hétérostructures.

Ces découvertes ouvrent une nouvelle voie pour l’étude de la physique des vallées à plusieurs corps et de l’optique quantique dans les matériaux 2D semi-conducteurs, et offrent une voie prometteuse de manipulation des vallées pour les dispositifs photoniques intriqués de nouvelle génération.