Mellemlags excitondannelse, lempelse, og transport i TMDs van der Waals heterostrukturer

Mellemlags excitoner i transition metal dichalcogenides (TMD'er) van der Waals (vdW) heterostrukturer udviser fascinerende fysik og lover meget for udvikling af excitoniske enheder. Forskere i Kina præsenterer et systematisk og omfattende overblik over dannelsen af ​​interlayer exciton, lempelse, transportere, og potentielle anvendelser af TMD'er vdW heterostrukturer, for at give værdifuld vejledning til nye forskere inden for dette felt samt at præsentere de vigtigste problemstillinger, der er til stede på området, til fremtidige dybe undersøgelser.

TMD'er vdW-heterostrukturer har generelt en type-II-båndjustering, som letter dannelsen af ​​mellemlagsexcitoner mellem konstituerende monolag. Manipulation af interlayer-excitonerne i TMDs vdW-heterostrukturer lover meget for udvikling af excitoniske integrerede kredsløb, der tjener som modstykke til elektroniske integrerede kredsløb, som tillader fotoner og excitoner at transformere mellem hinanden og dermed bygger bro mellem optisk kommunikation og signalbehandling ved det integrerede kredsløb. Følgelig, talrige undersøgelser er blevet udført for at få et dybt indblik i de fysiske egenskaber af mellemlags excitoner, inklusive afsløringen af ​​deres ultrahurtige dannelse, lange befolkningsrekombinationslevetider, og spændende spin-dal-dynamik. Disse enestående egenskaber sikrer mellemlags excitonerne med gode transportegenskaber og kan bane vejen for deres potentielle anvendelser i effektive excitoniske enheder. På nuværende tidspunkt, et systematisk og alsidigt overblik over denne fascinerende fysik såvel som de spændende anvendelser af interlayer-excitoner i TMDs vdW-heterostrukturer mangler stadig og er yderst ønskværdig for det videnskabelige samfund.

I en ny anmeldelsesartikel offentliggjort i Lysvidenskab og applikationer , et hold af videnskabsmænd, ledet af professor Anlian Pan fra Key Laboratory for Micro-Nano Physics and Technology i Hunan-provinsen, Skolen for Fysik og Elektronik, og College of Materials Science and Engineering, Hunan Universitet, Kina, og kolleger har givet en omfattende beskrivelse og diskussion af dannelsen af ​​mellemlags exciton, lempelse, transportere, og de potentielle anvendelser i excitoniske optoelektroniske enheder, baseret på TMDs vdW heterostrukturer. En udsigt til fremtidige muligheder for interlayer excitoner i TMDs-baserede heterostrukturer blev også præsenteret i denne gennemgang.

Specifikt, indholdet af denne anmeldelse omfatter fire afsnit. Det første afsnit diskuterede båndjusteringen, ultrahurtig opladningsoverførsel, og interlayer exciton dannelsen såvel som dens grundlæggende egenskaber i TMDs vdW heterostrukturer. Moiré mellemlag excitons, som et nyligt opstået forskningshotspot, blev også beskrevet i dette afsnit.

Det andet afsnit diskuterede mellemlags excitonrelaksationsprocesser inklusive populationsrekombinationsdynamikken, intervallet spredningsprocessen, og den dal-polariserede dynamik i TMDs vdW heterostrukturer. Rekombinationslevetiderne for interlayer excitoner i forskellige TMD'er vdW heterostrukturelle systemer blev opsummeret, og moiré-supergitterets rolle på mellemlags excitonlevetider blev også diskuteret i dette afsnit.

Det tredje afsnit gennemgik transportadfærden af ​​mellemlags excitoner i TMD'er vdW heterostrukturer, inklusive interlayer exciton diffusion uden eksternt elektrisk felt, den (dalpolariserede) interlags excitontransport med eksternt elektrisk felt, og manipulation af interlayer-exciton-transporten under forskellige potentielle landskaber såsom potentielle brønde eller barrierer. I øvrigt, indflydelsen af ​​moiré-potentialet og atomrekonstruktionerne på interlayer-exciton-transporten blev også beskrevet detaljeret i dette afsnit. Disse relaterede værker tilbyder en ny måde at kontrollere excitontransportadfærden i potentielle excitoniske enheder.

Efter en detaljeret beskrivelse af dannelsen af ​​mellemlags exciton, afslapnings- og transportegenskaber i TMDs vdW heterostrukturer, det sidste afsnit af denne anmeldelse gav en kort introduktion af de potentielle anvendelser af interlayer excitoner i forskellige excitoniske enheder såsom excitoniske switche, lasere, og fotodetektorer. Kvantelys baseret på moiré-fangede interlayer-excitoner blev også diskuteret her. Alligevel, forskningen i excitoniske enheder baseret på interlayer-excitoner i TMDs vdW-heterostrukturer er stadig i tidlige stadier. Forbedring af ydeevnen af ​​de allerede udviklede excitoniske enheder til praktiske anvendelser og udforskning af mere funktionelle excitoniske enheder som bølgeledere og modulatorer forventes i yderligere værker. I øvrigt, integration af individuelle excitoniske enheder såsom lyskilder, skifter, modulatorer, og detektorer på en enkelt chip er meget sandsynligt og meget ønskværdigt i fremtiden for at realisere den integrerede optoelektronik på chip baseret på todimensionelle vdW-heterostrukturer.