Влияние свободных носителей заряда на экситоны в гетероструктурах с монослоями дихалькогенидов переходных металлов Текст научной статьи по специальности «Физика»

Влияние свободных носителей заряда на экситоны в гетероструктурах с монослоями дихалькогенидов переходных металлов

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

ИФТТРАН им. Ю.А. Осипьяна, 142432, Московская обл., Черноголовка, ул. Академика

Осипьяна, д.2

*е-таИ: chernen@issp.ac.ru

Экситоны определяют оптические свойства структур c монослоями дихалькогенидов переходных металлов (ДПМ) так как их энергия связи достигает нескольких сотен мэВ, что позволяет наблюдать экситонные эффекты вплоть до комнатной температуры [1]. Несмотря на это, присутствие свободных носителей заряда существенно влияет на свойства ДПМ структур. Вертикальное электрическое поле является эффективным инструментом управления плотностью носителей заряда в монослоях, что позволяет исследовать их влияние на спектры фотолюминесценции (ФЛ) и отражения. Для изучения этого влияния методом эксфолиации и последовательно переноса были сделаны структуры Graphene-hBN-MoSe2-hBN-Graphite и Graphene-hBN-WSe2-MoSe2-hBN-Graphite на подложке Si/SiO2. Металлические контакты Gr(50 нм)\Au(250 нм) для приложения вертикального поля были получены термическим напылением .

Изменение плотности электронов в монослое при приложении вертикального поля можно отследить по изменению энергетического расстояния между линиями ФЛ экситонов и трионов, которое меняется пропорционально ферми-энергии электронов, которая, в свою очередь, зависит от величины вертикального поля. Причиной этой зависимости является так называемый «эффект отдачи» при рекомбинации триона, который для соблюдения законов сохрания энергии и квазиимпульса, должен иметь квазиимпульс, равный фермиевскому. Из зависимости расщепления линий экситона и триона от Vg £'Г_x(Vg) можно получить изменение Ферми энергии электронного газа, которое оказалось равным 5 мэВ при изменении величины поля от -250 (Vg=-6 В) до 250 (Vg=6 В) кВ/см2. Концентрация электронов в монослое при этом изменяется на 4*1012 см-2 .

В структурах с двойными квантовыми ямами Graphene-hBN-WSe2-MoSe2-hBN-Graphite при определённом пороговом напряжении на обкладках конденсатора происходит резкое переигрывание интенсивности линий внутрислойных экситонов и трионов в узком диапазоне Vg (см. Рис.1), но штарковский сдвиг при этом не наблюдается. Однако при повышении температуры он становится заметен. Такое поведение связано с экранированием внешнего поля свободными носителями заряда, а резкое изменение в поведении экситонов с окончательным разделением носителей заряда по разным монослоям.

Литература

T=4 К, А=532 nm 6 V

2 V

0 V

о. - 2 V

V- 6 \/

1.58 1.60 1.62 1.64 1.66 Епегду

Рис. 1 Спектры ФЛ структуры hBN-WSe2-MoSe2-hBN при различных

значениях приложенного

напряжения Vg.

[1] А. С. Бричкин, Г. М. Голышков, А. В. Черненко ЖЭТФ, 163, 852(2023).