Modulation af fotocarrier-afspændingsdynamik i todimensionale halvledere

To-dimensionelle (2D) halvledere kan være vært for et rigt sæt excitoniske arter på grund af de stærkt forbedrede Coulomb-interaktioner. De excitoniske tilstande kan udvise store oscillatorstyrker og stærke lys-stof-interaktioner, og dominerer de optiske egenskaber ved 2D -halvledere. Ud over, på grund af den lave dimension, excitonisk dynamik af 2D halvledere kan være mere modtagelige for forskellige eksterne stimuli, berige de mulige skræddersyede metoder, der kan udnyttes.

At forstå de faktorer, der kan påvirke dynamikken i de optisk genererede ophidsede tilstande, repræsenterer et vigtigt aspekt af excitonisk fysik i 2D-halvledere, og er også afgørende for praktisk anvendelse, da ophidsede tilstandstider er knyttet til nøgletalene for fortjeneste for flere optoelektroniske og fotoniske enheder. Mens visse erfaringer er blevet akkumuleret for bulk halvledere, den atomare karakter af 2D -halvledere kan gøre disse fremgangsmåder mindre effektive eller vanskelige at tilpasse. På den anden side, de unikke egenskaber ved 2D halvledere, såsom de robuste excitoniske tilstande, følsomheden over for eksterne miljøfaktorer og fleksibilitet i konstruktionen af ​​vdW -heterostrukturer, lover moduleringsstrategier, der adskiller sig fra konventionelle materialer.

I en ny gennemgangsartikel offentliggjort i Lys:Videnskab og applikationer, et team af forskere, ledet af professor Fengqiu Wang fra Nanjing University, Kina opsummerer den hidtil opnåede viden og fremskridt med modulering af fotocarrier -afspændingsdynamik i 2D -halvledere. Efter et kort resumé om fotobærerens afslapningsdynamik i 2D -halvledere, forfatterne diskuterer først moduleringen af ​​Coulomb -interaktioner og de resulterende virkninger på de forbigående egenskaber. Coulomb -interaktionerne i 2D -halvledere kan moduleres ved at indføre yderligere screening fra det eksterne dielektriske miljø eller injicerede ladningsbærere, hvilket fører til modifikation af kvasipartikelbåndgap og excitonbindingsenergien. Derefter diskuteres de påvirkende faktorer på fotobærerens dynamik og de manipulerende metoder i henhold til de afslapningsveje eller mekanismer, de er forbundet med.

Den første diskuterede faktor er den første distribution af fotobærere i elektroniske båndstrukturer, som kan påvirke deres forfaldsprocesser ved at muliggøre forskellige tilgængelige afslapningsveje i energi- og momentumrummet. Herefter diskuteres defektassisteret og fononassisteret afslapning. Mens fremgangsmåderne ved hjælp af defektassisteret afslapning, såsom ionbombardement og indkapsling, ligner dem for bulk-halvledere, modulationen på fononassisteret afslapning for 2D-halvledere kan være anderledes.

"På den ene side, koblingen mellem ladningsbærere og fononer kan forbedres på grund af den undertrykte dielektriske screening; på den anden side, det høje overflade-til-volumen-forhold gør 2D-materialer mere modtagelige for det ydre fononiske miljø. "Desuden, fleksibiliteten i konstruktionen af ​​vdW -heterostrukturer og den ultrahurtige ladningsoverførsel på tværs af grænsefladerne gør det muligt at skræddersy fotobærerdynamikken gennem båndjusteringsteknik.

Overgangen mellem forskellige partikelarter giver også mulighed for at modulere ved at ændre forholdet mellem forskellige kvasipartikler, som kan ændre den relative del af forskellige afslapningsveje, og dermed de forbigående optiske responser af hele prøven. Endelig, modulationen af ​​dynamikken i spin/dal -polarisering i 2D TMD'er diskuteres, og diskussionen fokuserer hovedsageligt på metoderne til at øge spin/dal -polariseringens levetid.

Gennem denne anmeldelse, forfatterne sigter mod at give vejledning til udvikling af robuste metoder, der justerer fotobærerens afslapningsadfærd og styrker den fysiske forståelse for denne grundlæggende proces i 2D -halvledere. Som bemærket af forfatterne i konklusion, "Der er stadig behov for en enorm forskningsindsats i både grundlæggende forståelse og praktisk modulering af fotobærerrelaksationen i 2D -halvledere."