un pattern Moiré in un eterobistrato MoSe2/WSe2 di tipo R. Le tre regioni evidenziate (A, B, e C) corrispondono alle configurazioni atomiche locali con simmetria rotazionale tripla. b La vista laterale e dall'alto dei tre registri atomici locali di tipo R (A, B, e C) e le corrispondenti regole di selezione ottica per l'eccitone interstrato in questi registri atomici. c Potenziale moiré della transizione eccitonica interstrato con un minimo locale nel sito A. d Regole di selezione ottica per gli eccitoni intercalari della valle K. e Spettri PL di più eccitoni interstrato moiré in eterobistrati MoSe2/WSe2 con angoli di torsione di 1° (in basso) e 2° (in alto). Ogni spettro è dotato di quattro (1°) o cinque (2°) funzioni gaussiane. f L'energia centrale di ciascuna risonanza eccitonica intercalare moiré in diverse posizioni spaziali in ciascun campione. g Spettro PL circolarmente polarizzato del 1° campione sotto eccitazione σ+ (in alto). Il grado di polarizzazione circolare rispetto alla lunghezza d'onda di emissione è mostrato in basso, dimostrando gli eccitoni intercalari multipli moiré con emissione alternata polarizzata co- e cross-circular. h-j PL dipendente dal campo magnetico da eccitoni intercalari intrappolati in moiré in eterobistrati MoSe2/WSe2 con angoli di torsione di 57° (h), 20° (i) e 2° (j). In alto:spettri PL risolti in polarizzazione circolare con larghezza di riga stretta (100 μeV) a 3 T. In basso:intensità PL totale in funzione del campo magnetico, che mostra uno spostamento Zeeman lineare di σ+ e σ? componenti polarizzati. k Spettro di assorbimento dell'eterobistrato MoSe2/WS2 in funzione dell'angolo di torsione. Le risonanze degli eccitoni MoSe2 A e B (XA e XB) sono indicate per ampi angoli di torsione in cui gli effetti di ibridazione diventano trascurabili. Le tre risonanze etichettate hX1, 2, 3 che appare in θ ? 0° corrispondono agli eccitoni ibridati in prossimità di XA. Credito:Ying Jiang, Shula Chen, Weihao Zheng, Biyuan Zheng e Anlian Pan
Gli eccitoni interstrato nelle eterostrutture di dichalcogenuri di metalli di transizione (TMD) van der Waals (vdW) mostrano una fisica affascinante e rappresentano una grande promessa per lo sviluppo di dispositivi eccitonici. Scienziati in Cina presentano una panoramica sistematica e completa della formazione degli eccitoni intercalari, rilassamento, trasporto, e potenziali applicazioni delle eterostrutture vdW dei TMD, al fine di fornire una guida preziosa per i nuovi ricercatori in questo campo e per presentare le questioni più importanti presenti nel campo per futuri studi approfonditi.
Le eterostrutture TMD vdW generalmente possiedono un allineamento di banda di tipo II che facilita la formazione di eccitoni interstrato tra monostrati costituenti. La manipolazione degli eccitoni interstrato nelle eterostrutture vdW dei TMD è molto promettente per lo sviluppo di circuiti integrati eccitonici che fungono da controparte dei circuiti integrati elettronici, che consente ai fotoni e agli eccitoni di trasformarsi tra loro e quindi collega la comunicazione ottica e l'elaborazione del segnale al circuito integrato. Di conseguenza, sono state effettuate numerose ricerche per approfondire le proprietà fisiche degli eccitoni intercalari, compresa la rivelazione della loro formazione ultraveloce, lunghe vite di ricombinazione della popolazione, e intriganti dinamiche spin-valle. Queste eccezionali proprietà assicurano agli eccitoni interstrato buone caratteristiche di trasporto e possono aprire la strada alle loro potenziali applicazioni in dispositivi eccitonici efficienti. Attualmente, una panoramica sistematica e completa di questa affascinante fisica e delle interessanti applicazioni degli eccitoni interstrato nelle eterostrutture vdW dei TMD è ancora carente e altamente auspicabile per la comunità scientifica.
In un nuovo articolo di revisione pubblicato su Scienza e applicazioni della luce , un team di scienziati, guidato dal professor Anlian Pan del Key Laboratory for Micro-Nano Physics and Technology della provincia di Hunan, Scuola di Fisica ed Elettronica, e College of Materials Science and Engineering, Università di Hunan, Cina, e collaboratori hanno fornito una descrizione e una discussione esaurienti della formazione degli eccitoni intercalari, rilassamento, trasporto, e le potenziali applicazioni nei dispositivi optoelettronici eccitonici, basato su eterostrutture vdW di TMD. In questa recensione è stata presentata anche una prospettiva per le opportunità future per gli eccitoni intercalari nelle eterostrutture basate su TMD.
a Immagine ottica di due eterobistrati WS2/WSe2 cresciuti in CVD con angoli di torsione di 0 e 60° sullo stesso sottostrato WS2. b Immagine di microscopia elettronica a trasmissione a scansione di campo oscuro anulare ad alta risoluzione dell'eterobistrato di 60°. Il contorno del diamante bianco mostra il superreticolo moiré con una periodicità di ~7,6?nm. c Illustrazione schematica dell'eterobilayer WS2/WSe2 con un allineamento della banda di tipo II per facilitare la formazione degli eccitoni interstrato. d Rappresentazione schematica di una tipica struttura elettronica a bande di un eterobilayer WS2/WSe2 in una cella elementare primitiva (strained). Le quattro transizioni di energia più bassa sono indicate dalle frecce (le transizioni della valle K-K sono indicate dalle frecce verticali 1 e 2, e le transizioni a valle K-Q sono indicate dalle frecce verticali 3 e 4). Le transizioni K-K nei singoli monostrati WS2 e WSe2 sono contrassegnate dalle frecce verticali WS2 e WSe2, rispettivamente. e Potenziali di moiré approssimativi per gli angoli di torsione di 0° (sinistra) e 60° (destra) tracciati lungo la diagonale principale delle supercelle moiré (linee nere in f). F, g Illustrazioni dei potenziali moiré 2D K-K sia nei grafici 3D che nelle proiezioni 2D per intrappolare gli eccitoni intercalari (sfere rosse e nere) nei minimi locali per eterobistrati 0° (f) e 60° (g). h Distanze quadratiche medie dipendenti dal tempo (σt2-σ02) percorse dagli eccitoni interstrato negli eterobistrati 0° e 60° nonché dagli eccitoni intrastrato nei monostrati WS2 e WSe2 (1L-WS2, 1L-WSe2). i Trasporto degli eccitoni interstrato dipendente dalla densità degli eccitoni a temperatura ambiente per l'eterobistrato di 60°. j Trasporto degli eccitoni interstrato dipendente dalla temperatura per l'eterobistrato a 60°. Credito:Ying Jiang, Shula Chen, Weihao Zheng, Biyuan Zheng e Anlian Pan
Nello specifico, il contenuto di questa recensione comprende quattro sezioni. La prima sezione ha discusso l'allineamento della banda, trasferimento di carica ultraveloce, e la formazione degli eccitoni interstrato e le sue proprietà fondamentali nelle eterostrutture vdW dei TMD. Eccitoni intercalari moiré, come un nuovo hotspot di ricerca emerso, sono stati approfonditi anche in questa sezione.
La seconda sezione ha discusso i processi di rilassamento degli eccitoni intercalari inclusa la dinamica di ricombinazione della popolazione, il processo di dispersione a intervalli, e la dinamica valle-polarizzata nelle eterostrutture vdW di TMD. Sono state riassunte le vite di ricombinazione degli eccitoni interstrato in vari sistemi eterostrutturali vdW di TMD, e in questa sezione è stato discusso anche il ruolo del superreticolo moiré sulle vite intercalari degli eccitoni.
La terza sezione ha esaminato i comportamenti di trasporto degli eccitoni interstrato nelle eterostrutture vdW di TMD, compresa la diffusione degli eccitoni intercalare senza campo elettrico esterno, il trasporto degli eccitoni intercalare (polarizzato a valle) con campo elettrico esterno, e la manipolazione del trasporto degli eccitoni interstrato sotto vari potenziali paesaggi come potenziali pozzi o barriere. Inoltre, anche le influenze del potenziale moiré e le ricostruzioni atomiche sul trasporto degli eccitoni interstrato sono state dettagliate in questa sezione. Questi lavori correlati offrono un nuovo modo per controllare il comportamento del trasporto degli eccitoni in potenziali dispositivi eccitonici.
Dopo una descrizione dettagliata della formazione degli eccitoni intercalari, proprietà di rilassamento e trasporto in eterostrutture vdW di TMD, la sezione finale di questa recensione ha fornito una breve introduzione delle potenziali applicazioni degli eccitoni intercalari in vari dispositivi eccitonici come interruttori eccitonici, laser, e fotorivelatori. Anche la luce quantistica basata su eccitoni intercalari intrappolati nell'effetto moiré è stata discussa qui. Tuttavia, la ricerca sui dispositivi eccitonici basati su eccitoni interstrato nelle eterostrutture vdW dei TMD è ancora in fase iniziale. Il miglioramento delle prestazioni dei dispositivi eccitonici già sviluppati per applicazioni pratiche e l'esplorazione di dispositivi eccitonici più funzionali come guide d'onda e modulatori sono previsti in ulteriori lavori. Inoltre, l'integrazione di singoli dispositivi eccitonici come sorgenti luminose, interruttori, modulatori, e rivelatori su un singolo chip è molto probabile e altamente auspicabile in futuro realizzare l'optoelettronica integrata su chip basata su eterostrutture vdW bidimensionali.
