Le strutture a banda di tipo II negli eterobistrati di dicalcogenuri di metalli di transizione (TMD) impilati verticalmente facilitano la formazione di eccitoni interstrato. L'angolo di torsione e la mancata corrispondenza nelle costanti reticolari dei monostrati creano un potenziale moiré periodico profondo fino a> 100 meV, che può influenzare il gap di banda ottico e le regole di selezione ottica degli eccitoni che si formano. L'identificazione dell'origine dei picchi degli eccitoni negli eterobistrati dei TMD è talvolta controversa a causa delle loro energie simili.

Recentemente, i ricercatori dell'Università di Wuhan (Gruppo di nanofotonica guidato dal Prof. Shunping Zhang e dal Prof. Hongxing Xu, Gruppo di fisica computazionale guidato dal Prof. Shengjun Yuan) mostrano che un eccitone dipendente dall'angolo di torsione (TDE) è il risultato dell'accoppiamento interstrato tra il monostrato WS2 e WSe2, è un eccitone intrastrato con il suo momento di dipolo di transizione quasi parallelo al piano atomico. Identificano questo eccitone sulla base di un'analisi sistematica e del confronto di spettri PL sperimentali, calcoli della struttura della banda DFT dipendenti dall'angolo di rotazione, calcoli DFT-GW più accurati e calcoli ottici all'avanguardia utilizzando l'approccio GW-BSE.

Gli esperimenti mostrano che il nuovo eccitone a circa 1,35 eV negli eterobistrati WS2/WSe2 dipende dall'angolo di torsione (Figura 1b), esibendo le caratteristiche del cosiddetto "eccitone interstrato". Quindi hanno utilizzato la tecnica di imaging sul piano focale posteriore (imaging di Fourier) per quantificare l'orientamento del momento del dipolo di transizione del TDE in WS₂ /WSe₂ eterobistrato nella Figura 1c. Il k -Il modello di emissione spaziale del TDE mostra un carattere dipolo nel piano, indipendente dall'angolo di torsione.

Ulteriori analisi indicano che questo "eccitone interstrato" è effettivamente un'estrazione intralyer fornita da WS₂ strato e le prove principali includono:(1) Il confronto tra gli spettri PL sperimentali e lo spettro di assorbimento calcolato (Figura 2d) mostra che 1,35 eV negli spettri PL corrisponde bene con 1,36 eV calcolato; (2) Il carattere di transizione indiretta della quantità di moto del picco di 1,36 eV nello spettro di assorbimento ottico è stato anche convalidato dalla densità zero-joint degli stati eccitati (Figura 2d) intorno a 1,36 eV; (3) L'analisi del peso eccitonico mostra chiaramente che lo stato dell'eccitone 1,36 eV è principalmente causato dalla transizione Γ-K; (4) L'analisi della distribuzione nello spazio reale della densità di carica dell'eccitone 1,36 eV (Figura 2e) mostra che sia l'elettrone che la lacuna provengono dal WS₂ solo livello.

Formazione, rilassamento e trasporto di eccitoni interstrato nelle eterostrutture di van der Waals dei TMD