As estruturas de banda do tipo II em heterobicamadas de dicalcogenetos de metal de transição (TMDs) empilhadas verticalmente facilitam a formação de excitons intercamadas. O ângulo de torção e o descasamento nas constantes de rede das monocamadas criam um potencial moiré periódico tão profundo quanto> 100 meV, o que pode afetar o bandgap óptico e as regras de seleção óptica dos excitons em formação. A identificação da origem dos picos de éxciton em heterobicamadas de TMDs às vezes é controversa devido às suas energias semelhantes.
Recentemente, pesquisadores da Universidade de Wuhan (Grupo de Nanofotônica liderado pelo Prof. Shunping Zhang e Prof. Hongxing Xu, Grupo de Física Computacional liderado pelo Prof. Shengjun Yuan) mostram que um éxciton dependente do ângulo de torção (TDE) resultou do acoplamento intercamada entre a monocamada WS2 e WSe2, é um éxciton intracamada com seu momento de dipolo de transição quase paralelo ao plano atômico. Eles identificam este exciton com base em uma análise sistemática e comparação de espectros PL experimentais, cálculos de estrutura de banda DFT dependente de ângulo de torção, cálculos DFT-GW mais precisos e cálculos ópticos de última geração usando a abordagem GW-BSE.

Os experimentos mostram que o novo éxciton em torno de 1,35 eV nas heterobicamadas WS2/WSe2 depende do ângulo de torção (Figura 1b), exibindo as características do chamado "exciton interlayer". Em seguida, eles usaram a técnica de imagem de plano focal traseiro (imagem de Fourier) para quantificar a orientação do momento de dipolo de transição do TDE em WS₂ /WSe₂ heterobicamada na Figura 1c. O k O padrão de emissão no espaço do TDE mostra um caráter dipolo no plano, independente do ângulo de torção.

Análises adicionais indicam que este "exciton interlayer" é de fato uma exction intralyer contribuída por WS₂ camada, e as principais evidências incluem:(1) A comparação dos espectros PL experimentais e o espectro de absorção calculado (Figura 2d) mostram que 1,35 eV no espectro PL combina bem com os 1,36 eV calculados; (2) O caráter de transição indireta de momento de pico de 1,36 eV no espectro de absorção óptica também foi validado pela densidade de junção zero de estados excitados (Figura 2d) em torno de 1,36 eV; (3) A análise do peso excitônico mostra claramente que o estado do exciton 1,36 eV é causado principalmente pela transição Γ-K; (4) A análise da distribuição no espaço real da densidade de carga do éxciton 1,36 eV (Figura 2e) mostra que tanto o elétron quanto o buraco vêm do WS₂ camada apenas.
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Formação, relaxamento e transporte de excitons entre camadas em heteroestruturas de TMDs van der Waals