Спектры отражения двумерных экситонов в гетероструктурах с монослоями MoSe2 и WSe2 Текст научной статьи по специальности «Физика»

Спектры отражения двумерных экситонов в гетероструктурах с монослоями

MoSe2 и WSe2

Г.М.Голышков,* А.С.Бричкин, В.Е.Бисти, А.В.Черненко

ИФТТРАН, 142432, Черноголовка, Московская обл., ул. Академика Осипьяна, д.2

*е-тт1: golyshkov.gm@phystech. ейи

Гетероструктуры с монослоями дихалькогенидов переходных металлов (ДИМ) являются перспективными объектами для фундаментальных исследований и практических применений благодаря особенностям зонной структуры мономолекулярных слоев, которые имеют ширину запрещенной зоны, способствующую сильному поглощению света в видимом спектральном диапазоне. Общепринятым решением для подобных структур

является инкапсулирование монослоев ДИМ гексагональным нитридом бора (hBN), поскольку это позволяет получить гетероструктуры, устойчивые к окружающей среде и многократному термоциклированию. Малая эффективная диэлектрическая проницаемость и большая эффективная масса приводят к энергии связи экситона в несколько сотен мэВ, что позволяет наблюдать экситонные эффекты при температурах вплоть до комнатной. Учет двумерного потенциала электронно-дырочного

взаимодействия, а также особенностей диэлектрического экранирования [1] модифицируют ридберговскую серию экситонных состояний, поэтому важной задачей становится определение энергии связи экситонов и параметров зонной структуры для гетероструктур с монослоями ДИМ. Узкие линии в спектрах отражения (рис. 1) позволяют идентифицировать переходы с участием возбужденных состояний, а также экситонов отщепленной зоны. Однако стоит учитывать, что форма спектра отражения от слоистой Ван-дер-Ваальсовой структуры формируется не только за счет монослоя ДИМ, но и за счет слоев hBN и подложки. Анализ дифференциальных коэффициентов отражения осуществлялся посредством численного моделирования с использованием формализма метода матриц переноса [2], что позволило добиться хорошего совпадения с экспериментальными данными. Оценка энергии связи экситонов проводилась посредством численного решения уравнения Шредингера для экситона с использованием потенциала электронно-дырочного взаимодействия [2].

Работа выполнена в рамках госзадания ИФТТ РАН.

Energy (eV)

Рис. 1. Спектры отражения и микрофотолюминесценции для структуры с монослоем WSe2 на подложке SiO2/Si при 77 К.

Литература

[1]. G. Wang, A. Chernikov, M. Glazov et al., Colloquium: Excitons in atomically thin transition metal dichalcogenides. Rev. Mod. Phys. 90, 021001 (2018).

[2]. C. Robert, M.A. Semina et al., Optical spectroscopy of excited exciton states inMoS2 monolayers in van der Waals heterostructures. Phys. Rev. Mater. 2, 0110 (2018).