Возбуждённые состояния экситонов в монослоях MoSe2 и WSe2 в спектрах отражения вплоть до комнатной температуры Текст научной статьи по специальности «Физика»

Возбуждённые состояния экситонов в монослоях MoSe2 и WSe2 в спектрах отражения вплоть до комнатной температуры

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

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

Осипьяна, д.2 *e-mail: brich@issp.ac.ru

1.60 1.65 1.70 1.75 1.80 1.85 1.90 1.95

Energy (eV)

Рис.1 Разностный спектр отражения экситонных комплексов А: 1s, A:2s в монослое WSe2 в диапазоне температур 10-250К.

Гетеростуктуры на основе монослоёв дихалькогенидов переходных металлов (ДИМ) представляют собой новый класс материалов, привлекающий внимание как перспективный объект для создания на их основе разнообразных оптоэлектронных устройств. Особый интерес в плане практического применения вызывает возможность наблюдать и исследовать различные экситонные комплексы при высоких температурах, вплоть до комнатной. Методика спектроскопии отражения позволяет наблюдать в структурах с монослоями ДИМ не только основное состояние А и В-экситонов А:^, В:^, но и возбуждённые состояния А^, А^, В^ [1]. В данной работе исследовано поведение этих экситонных комплексов в зависимости от температуры в диапазоне 10К-295К в hBN-инкапсулированных монослоях MoSe2 и WSe2.

Ири температуре 10К в спектре отражения отчётливо наблюдаются линии экситонов А:^, В:^ и их возбуждённые состояния: А^, А^, В^, как в монослоях MoSe2, так и WSe2. Важной особенностью WSe2 является то, что отщеплённый из-за спин-орбитального взаимодействия В-экситон находится заметно выше по энергии, чем возбуждённые состояния А-экситона А^, А^ [2]. Благодаря этому в WSe2 все пять упомянутых экситонных линий отделены друг от друга в спектре и хорошо прослеживаются в сериях по температуре, в отличие от MoSe2 или MoS2 [1], где В:^ находится близко по энергии к возбуждёнными состояниям А^, А^ и их линии перекрываются. С ростом температуры линии уширяются, а их интенсивность падает, тем не менее, даже слабую в исходном разностном спектре линию А^ удаётся наблюдать в спектре производной вплоть до 110К, а остальные комплексы хорошо видны в исходном спектре по крайней мере до 200К. Ири более высокой температуре линии В:^ и В^ настолько уширены, что их представление результатами численного моделирования с использованием формализма метода матриц переноса становится затруднительным. Линии основного А:1 s и возбуждённого состояния А^ хорошо видны в исходном разностном спектре вплоть до температуры 250K (рис. 1) и демонстрируют характерный температурный сдвиг, связанный с изменением ширины запрещённой зоны. Наблюдаемые формы линий спектра отражения экситонных комплексов в монослоях ДИМ определяются толщиной используемых в структуре слоёв hBN и подложки, что находится в хорошем соответствии с применённой численной моделью во всём диапазоне температур, вплоть до комнатной.

Литература

[1] I. C. Gerber, E. Courtade, S. Shree, C. Robert, et. al. Phys. Rev. B 99, 035443 (2019).

[2] B.Han, C.Robert, E. Courtade, M. Manca, et.al. Phys. Rev. X 8, 031073 (2018).