(a) Image optique de WS2 /WSe2 hétérobicouche. (b) L'énergie du TDE dans WS2 /WSe2 hétérobicouche en fonction de l'angle de torsion. ( c ) Le diagramme d'émission polarisé dans l'espace k du TDE. Crédit :Science China Press
Les structures de bande de type II dans les hétérobicouches de dichalcogénures de métaux de transition (TMD) empilés verticalement facilitent la formation d'excitons intercouches. L'angle de torsion et le décalage dans les constantes de réseau des monocouches créent un potentiel de moiré périodique aussi profond que> 100 meV, ce qui peut affecter la bande interdite optique et les règles de sélection optique des excitons en formation. L'identification de l'origine des pics d'excitons dans les hétérobicouches TMD est parfois controversée en raison de leurs énergies similaires.
Récemment, des chercheurs de l'Université de Wuhan (Nanophotonics Group dirigé par le Prof. Shunping Zhang et le Prof. Hongxing Xu, Computational Physics Group dirigé par le Prof. Shengjun Yuan) ont montré qu'un exciton dépendant de l'angle de torsion (TDE) résultait du couplage intercouche entre la monocouche WS2 et WSe2, est un exciton intracouche avec son moment dipolaire de transition presque parallèle au plan atomique. Ils identifient cet exciton sur la base d'une analyse systématique et d'une comparaison des spectres PL expérimentaux, des calculs de structure de bande DFT dépendant de l'angle de torsion, des calculs DFT-GW plus précis et des calculs optiques de pointe utilisant l'approche GW-BSE.
Les expériences montrent que le nouvel exciton à environ 1,35 eV dans les hétérobicouches WS2/WSe2 dépend de l'angle de torsion (Figure 1b), présentant les caractéristiques de ce que l'on appelle "l'exciton intercouche". Ensuite, ils ont utilisé la technique d'imagerie du plan focal arrière (imagerie de Fourier) pour quantifier l'orientation du moment dipolaire de transition du TDE dans WS2 /WSe2 hétérobicouche sur la figure 1c. Le k -le diagramme d'émission spatiale du TDE montre un caractère dipolaire dans le plan, indépendant de l'angle de torsion.
Une analyse plus approfondie indique que cet "exciton intercouche" est en effet une exction intracouche apportée par WS2 couche, et la principale preuve comprend :(1) La comparaison des spectres PL expérimentaux et du spectre d'absorption calculé (Figure 2d) montre que les 1,35 eV dans les spectres PL correspondent bien aux 1,36 eV calculés ; (2) Le caractère de transition indirecte en impulsion du pic de 1,36 eV dans le spectre d'absorption optique a également été validé par la densité d'états excités à joint nul (Figure 2d) autour de 1,36 eV ; (3) L'analyse du poids excitonique montre clairement que l'état d'exciton 1,36 eV est principalement causé par la transition Γ-K; (4) L'analyse de la distribution dans l'espace réel de la densité de charge de l'exciton 1,36 eV (Figure 2e) montre que l'électron et le trou proviennent du WS2 calque uniquement.
(a) La structure de bande de WS2 /WSe2 hétérobicouches. (a, b) La distribution des états trou |+〉 et électron |−〉 associée à (b) l'excitation K-K et (c) l'excitation Γ-K. ( d ) Les spectres d'absorption optique des hétérobicouches WS2 / WSe2. (e) La distribution dans l'espace réel de la densité de charge dans le TDE. Crédit :Science China Press
