任天輝教授團(tuán)隊(duì)李志鵬博士后在谷間激子研究方面獲得進(jìn)展
近年來(lái)，二維材料由于其獨(dú)特的性質(zhì)，受到世界范圍內(nèi)不同領(lǐng)域?qū)W者的廣泛關(guān)注。其中，過(guò)渡金屬二硫化物（TMDC）單層材料由于反演對(duì)稱性破缺和三重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，產(chǎn)生一個(gè)類似自旋的谷自由度（valley degree of freedom），可開(kāi)發(fā)谷電子學(xué)應(yīng)用，有望成為下一代量子信息科學(xué)的重要載體。但是亮激子的壽命非常短，一般只有幾到幾十皮秒，成為開(kāi)發(fā)其應(yīng)用潛能的最大挑戰(zhàn)。
近日，化工學(xué)院任天輝教授課題組博士后李志鵬及其合作者在ACS Nano撰寫了題為“Momentum-Dark Intervalley Exciton in Monolayer Tungsten Diselenide Brightened via Chiral Phonon”的研究論文(ACS Nano, doi.org/10.1021/acsnano.9b06682)。研究發(fā)現(xiàn)在高質(zhì)量的BN/WSe2/BN三明治結(jié)構(gòu)器件中，谷間激子（電子和空穴分別位于不同能谷）可以通過(guò)低溫光致發(fā)光光譜 (PL)進(jìn)行探測(cè)，并推論其發(fā)光機(jī)制：谷間激子和位于K點(diǎn)手性LO(E')聲子的相互作用，通過(guò)發(fā)射一個(gè)手性聲子，電子躍遷到位于K的一個(gè)虛擬態(tài)并與K點(diǎn)的空穴復(fù)合發(fā)出圓偏光，這是因?yàn)閬?lái)自手性聲子的贗角動(dòng)量傳遞到了發(fā)射的光子，從而可以探測(cè)出谷信息（如圖1所示）。因此，谷間激子成為一個(gè)同時(shí)具備暗激子的長(zhǎng)壽命和亮激子的谷自旋特性的全新激子態(tài)，為開(kāi)發(fā)下一代量子信息處理和存儲(chǔ)器件提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
圖 1 BN/WSe2/BN三明治結(jié)構(gòu)器件谷間激子和手性聲子LO(E')相互作用示意圖及其不同靜電摻雜下的PL特性
該工作上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院作為第一完成單位，并同海內(nèi)外高校和研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行充分合作，李志鵬博士，博士生王天盟和金晨皓博士是論文的共同一作。任天輝教授，史夙飛教授和張力發(fā)教授作為共同通訊作者。此外，佛羅里達(dá)州立大學(xué)的博士生陸正光，華盛頓大學(xué)的曹霆教授，日本的Taniguchi和Watanabe 博士，亞利桑那州立大學(xué)的Tongay教授和美國(guó)國(guó)家高磁實(shí)驗(yàn)室的Smirnov博士也參與了此項(xiàng)工作。相關(guān)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（51902196）和上海市“科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”青年科技英才揚(yáng)帆計(jì)劃項(xiàng)目（19YF1425200）的經(jīng)費(fèi)支持。
論文鏈接：
Momentum-Dark Intervalley Exciton in Monolayer Tungsten Diselenide Brightened via Chiral Phonon
Zhipeng Li, Tianmeng Wang, Chenhao Jin, Zhengguang Lu, Zhen Lian, Yuze Meng, Mark Blei, Mengnan Gao, Takashi Taniguchi, Kenji Watanabe, Tianhui Ren, Ting Cao, Sefaattin Tongay, Dmitry Smirnov, Lifa Zhang, Su-Fei Shi
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b06682
撰稿：李志鵬
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