RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 4, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2018

 / 

Сентябрь

←  →

Обзоры актуальных проблем


Экситоны и трионы в двумерных полупроводниках на основе дихалькогенидов переходных металлов

,
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Российская Федерация

Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований экситонных эффектов в мономолекулярных слоях дихалькогенидов переходных металлов. В этих двумерных полупроводниках прямая запрещённая зона шириной порядка 2 эВ реализуется на границах зоны Бриллюэна, а энергия связи нейтральных и заряженных экситонов составляет сотни и десятки миллиэлектронвольт соответственно. Таким образом, оптические свойства монослоёв дихалькогенидов переходных металлов контролируются электронно-дырочными кулоновскими комплексами. Обсуждаются детали зонной структуры, необходимые для понимания экситонных эффектов в этих материалах, строение и тонкая структура экситонов и трионов, особенности спиновой и долинной динамики кулоновских комплексов, а также проявления нейтральных и заряженных экситонов в линейных и нелинейных оптических эффектах.

Текст pdf (1,7 Мб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2017.07.038172
Ключевые слова: монослои дихалькогенидов переходных металлов, кулоновское взаимодействие, обменное взаимодействие, экситон, трион, спиновая динамка, долинная динамика, оптическая ориентация, двухфотонное поглощение, генерация второй гармоники, эффект Зеемана
PACS: 71.35.−y, 73.20.Mf, 78.67.−n (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2017.07.038172
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2018/9/a/
000452480000001
2-s2.0-85058448965
2018PhyU...61..825D
Цитата: Дурнев М В, Глазов М М "Экситоны и трионы в двумерных полупроводниках на основе дихалькогенидов переходных металлов" УФН 188 913–934 (2018)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 4 июля 2017, доработана: 14 июля 2017, 14 июля 2017

English citation: Durnev M V, Glazov M M “Excitons and trions in two-dimensional semiconductors based on transition metal dichalcogenides” Phys. Usp. 61 825–845 (2018); DOI: 10.3367/UFNe.2017.07.038172

Список литературы (159) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (52) Похожие статьи (20)

  1. Novoselov K S et al. Science 306 666 (2004)
  2. Novoselov K S et al. Nature 438 197 (2005)
  3. Geim A K, Novoselov K S Nature Mater. 6 183 (2007)
  4. Лозовик Ю Е, Меркулова С П, Соколик А А УФН 178 757 (2008); Lozovik Yu E, Merkulova S P, Sokolik A A Phys. Usp. 51 727 (2008)
  5. Морозов С В, Новоселов К С, Гейм А К УФН 178 776 (2008); Morozov S V, Novoselov K S, Geim A K Phys. Usp. 51 744 (2008)
  6. Фальковский Л А УФН 178 923 (2008); Falkovsky L A Phys. Usp. 51 887 (2008)
  7. Novoselov K S et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102 10451 (2005)
  8. Li L et al. Nature Nanotechnol. 9 372 (2014)
  9. Geim A K, Grigorieva I V Nature 499 419 (2013)
  10. Frindt R F J. Appl. Phys. 37 1928 (1966)
  11. Wilson J A, Yoffe A D Adv. Phys. 18 193 (1969)
  12. Yoffe A D Festkörperprobleme 13 (Advances in Solid State Physics) Vol. 13 (Ed. H J Queisser) (Berlin: Springer, 1973) p. 1
  13. Mak K F et al. Phys. Rev. Lett. 105 136805 (2010)
  14. Splendiani A et al. Nano Lett. 10 1271 (2010)
  15. Kolobov A, Tominaga J Two-Dimensional Transition-Metal Dichalcogenides (Berlin: Springer, 2016)
  16. Чернозатонский Л А, Артюх А А УФН 188 3 (2018); Chernozatonskii L A, Artyukh A A Phys. Usp. 61 2 (2018)
  17. Courtade E et al. Phys. Rev. B 96 085302 (2017)
  18. Kormányos A et al. Phys. Rev. B 88 045416 (2013)
  19. Kośmider K, González J W, Fernández-Rossier J Phys. Rev. B 88 245436 (2013)
  20. Liu G-B et al. Phys. Rev. B 88 085433 (2013)
  21. Mak K F et al. Science 344 1489 (2014)
  22. Mak K F et al. Nature Nanotechnol. 7 494 (2012)
  23. Cao T et al. Nature Commun. 3 887 (2012)
  24. Sallen G et al. Phys. Rev. B
  25. Zeng H et al. Nature Nanotechnol. 7 490 (2012)
  26. Xiao D et al. Phys. Rev. Lett. 108 196802 (2012)
  27. Chernikov A et al. Phys. Rev. Lett. 113 076802 (2014)
  28. He K et al. Phys. Rev. Lett. 113 026803 (2014)
  29. Ugeda M M et al. Nature Mater. 13 1091 (2014)
  30. Berkelbach T C, Hybertsen M S, Reichman D R Phys. Rev. B 88 045318 (2013)
  31. Mak K F et al. Nature Mater. 12 207 (2013)
  32. Courtade E et al. arXiv:1705.02110
  33. Shi H et al. Phys. Rev. B 87 155304 (2013)
  34. Koster G F et al. Properties of the Thirty-Two Point Groups (Cambridge, Mass.: M.I.T. Press, 1963)
  35. Wang G et al. Nature Commun. 6 10110 (2015)
  36. Komsa H-P, Krasheninnikov A V Phys. Rev. B 86 241201(R) (2012)
  37. Qiu D Y, da Jornada F H, Louie S G Phys. Rev. Lett. 111 216805 (2013)
  38. Molina-Sánchez A et al. Phys. Rev. B 88 045412 (2013)
  39. Fang S et al. Phys. Rev. B 92 205108 (2015)
  40. Wang G et al. Phys. Rev. Lett. 114 097403 (2015)
  41. Molina-Sánchez A, Hummer K, Wirtz L Surf. Sci. Rep. 70 554 (2015)
  42. Cappelluti E et al. Phys. Rev. B 88 075409 (2013)
  43. Ridolfi E et al. J. Phys. Condens. Matter 27 365501 (2015)
  44. Rostami H et al. Phys. Rev. B 92 195402 (2015)
  45. Rybkovskiy D V, Gerber I C, Durnev M V Phys. Rev. B 95 155406 (2017)
  46. Vurgaftman I, Meyer J R, Ram-Mohan L R J. Appl. Phys. 89 5815 (2001)
  47. Wang G et al. 2D Mater. 2 034002 (2015)
  48. Frenkel J Phys. Rev. 37 17 (1931)
  49. Frenkel J Phys. Rev. 37 1276 (1931)
  50. Wannier G H Phys. Rev. 52 191 (1937)
  51. Mott N F Proc. R. Soc. Lond. A 167 384 (1938)
  52. Гросс Е Ф, Каррыев Н А ДАН СССР 84 261 (1952)
  53. Рытова Н С Вестн. МГУ. Сер. физ. (3) 30 (1967); Rytova N S Moscow Univ. Phys. Bull. 22 (3) 18 (1967)
  54. Келдыш Л В Письма в ЖЭТФ 29 716 (1979); Keldysh L V JETP Lett. 29 658 (1979)
  55. ЛандауЛ Д, Лифшиц Е М Электродинамика сплошных сред (М.: Наука, 1992); Пер. на англ. яз., Landau L D, Lifshitz E M Electrodynamics of Continuous Media (Oxford: Butterworth-Heinemann, 2004)
  56. Агранович В М, Гинзбург В Л Кристаллооптика с учетом пространственной дисперсии и теория экситонов (М.: Наука, 1965); Пер. на англ. яз., Agranovich V M, Ginzburg V G Crystal Optics with Spatial Dispersion, and Excitons (Berlin: Springer-Verlag, 1984)
  57. Cudazzo P, Tokatly I V, Rubio A Phys. Rev. B 84 085406 (2011)
  58. Rashba E I, Sturge M D (Eds) Excitons (Modern Problems in Condensed Matter Sciences, Vol. 2) (Amsterdam: North-Holland, 1982)
  59. Glutsch S G Excitons in Low-Dimensional Semiconductors (Berlin: Springer-Verlag, 2004)
  60. Ivchenko E L, Pikus G E Superlattices and other Heterostructures (Berlin: Springer, 1997)
  61. Ivchenko E L Optical Spectroscopy of Semiconductor Nanostructures (Harrow, UK: Alpha Science, 2005)
  62. Bir G L, Pikus G E Symmetry and Strain-Induced Effects in Semiconductors (New York: Wiley, 1974)
  63. Glazov M M et al. Phys. Status Solidi B 252 2349 (2015)
  64. Бир Г, Пикус Г Симметрия и деформационные эффекты в полупроводниках (М.: Наука, 1972)
  65. Ye Z et al. Nature 513 214 (2014)
  66. Stier A V et al. Nano Lett. 16 7054 (2016)
  67. Lin Y et al. Nano Lett. 14 5569 (2014)
  68. Wu F, Qu F, MacDonald A H Phys. Rev. B 91 075310 (2015)
  69. Glazov M M et al. Phys. Rev. B 95 035311 (2017)
  70. Wang G et al. Phys. Rev. Lett. 119 047401 (2017)
  71. Denisov M M, Makarov V P Phys. Status Solidi B 56 9 (1973)
  72. Echeverry J P et al. Phys. Rev. B 93 121107(R) (2016)
  73. Qiu D Y, Cao T, Louie S G Phys. Rev. Lett. 115 176801 (2015)
  74. Dery H, Song Y Phys. Rev. B 92 125431 (2015)
  75. Zhang X-X et al. Phys. Rev. Lett. 115 257403 (2015)
  76. Arora A et al. Nanoscale 7 10421 (2015)
  77. Withers F et al. Nano Lett. 15 8223 (2015)
  78. Slobodeniuk A O, Basko D M 2D Mater. 3 035009 (2016)
  79. Glazov M M et al. Phys. Rev. B 89 201302(R) (2014)
  80. Yu H et al. Nature Commun. 5 3876 (2014)
  81. Yu T, Wu M W Phys. Rev. B 89 205303 (2014)
  82. Maialle M, de Andrada e Silva E, Sham L J Phys. Rev. B 47 15776 (1993)
  83. Ivchenko E L Phys. Status Solidi A 164 487 (1997)
  84. Гупалов С В, Ивченко Е Л, Кавокин А В ЖЭТФ 113 703 (1998); Goupalov S V, Ivchenko E L, Kavokin A V JETP 86 388 (1998)
  85. Dyakonov M I (Ed.) Spin Physics in Semiconductors (Berlin: Springer-Verlag, 2008)
  86. Berkelbach T C, Hybertsen M S, Reichman D R Phys. Rev. B 92 085413 (2015)
  87. Srivastava A, Imamoǧlu A Phys. Rev. Lett. 115 166802 (2015)
  88. Zhou J et al. Phys. Rev. Lett. 115 166803 (2015)
  89. Berghäuser G, Knorr A, Malic E 2D Mater. 4 015029 (2017)
  90. Lampert M A Phys. Rev. Lett. 1 450 (1958)
  91. Stébé B, Ainane A Superlatt. Microstruct. 5 545 (1989)
  92. Kheng K et al. Phys. Rev. Lett. 71 1752 (1993)
  93. Finkelstein G, Shtrikman H, Bar-Joseph I Phys. Rev. B 53 R1709 (1996)
  94. Thilagam A Phys. Rev. B 55 7804 (1997)
  95. Сергеев Р А, Сурис Р А ФТТ 43 714 (2001); Sergeev R A, Suris R A Phys. Solid State 43 746 (2001)
  96. Ross J S et al. Nature Commun. 4 1474 (2013)
  97. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Квантовая механика. Нерелятивистская теория (М.: Наука, 1989); Пер. на англ. яз., Landau L D, Lifshitz E M Quantum Mechanics: Non-Relativistic Theory (Oxford: Pergamon Press, 1977)
  98. Ganchev B et al. Phys. Rev. Lett. 114 107401 (2015)
  99. Szyniszewski M et al. Phys. Rev. B 95 081301(R) (2017)
  100. Sergeev R A, Suris R A Phys. Status Solidi B 227 387 (2001)
  101. Jones A M et al. Nature Phys. 12 323 (2016)
  102. Plechinger G et al. Nature Commun. 7 12715 (2016)
  103. Danovich M, Zólyomi V, Fal'ko V I Sci. Rep. 7 45998 (2017)
  104. Suris R A et al. Phys. Status Solidi B 227 343 (2001)
  105. Suris R A Optical Properties of 2D Systems with Interacting Electrons (NATO Science Series, Ser. II, Vol. 119, Eds W J Ossau, R A Suris) (Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 2003) p. 111
  106. Efimkin D K, MacDonald A H Phys. Rev. B 95 035417 (2017)
  107. Sidler M et al. Nature Phys. 13 255 (2017)
  108. Li Y et al. Phys. Rev. Lett. 113 266804 (2014)
  109. Srivastava A et al. Nature Phys. 11 141 (2015)
  110. Aivazian G et al. Nature Phys. 11 148 (2015)
  111. Stier A V et al. Nature Commun. 7 10643 (2016)
  112. Cadiz F et al. Phys. Rev. X 7 021026 (2017)
  113. Jones A M et al. Nature Nanotechnol. 8 634 (2013)
  114. Lagarde D et al. Phys. Rev. Lett. 112 047401 (2014)
  115. Zhu C R et al. Phys. Rev. B 90 161302(R) (2014)
  116. Wang G et al. Phys. Rev. Lett. 117 187401 (2016)
  117. Tokman M, Wang Y, Belyanin A Phys. Rev. B 92 075409 (2015)
  118. Meier F, Zakharchenya B (Eds) Optical Orientation (Amsterdam: Horth-Holland, 1984); Пер. на русск. яз., Захарченя Б П, Майер Ф (Ред.) Оптическая ориентация (Л.: Наука, 1989)
  119. Maialle M Z Phys. Rev. B 61 10877 (2000)
  120. Lhuillier C, Laloë F J. Phys. France 43 197 (1982)
  121. Lhuillier C, Laloë F J. Phys. France 43 225 (1982)
  122. Glazov M M et al. Solid State Commun. 134 117 (2005)
  123. Krizhanovskii D N et al. Phys. Rev. B 73 073303 (2006)
  124. Глазов М М ФТТ 54 3 (2012); Glazov M M Phys. Solid State 54 1 (2012)
  125. Дьяконов М И, Перель В И ФТТ 13 3581 (1971); Dyakonov M I, Perel' V I Sov. Phys. Solid State 13 3023 (1972)
  126. Poellmann C et al. Nature Mater. 14 889 (2015)
  127. Robert C et al. Phys. Rev. B 93 205423 (2016)
  128. Sun D et al. Nano Lett. 14 5625 (2014)
  129. Mouri S et al. Phys. Rev. B 90 155449 (2014)
  130. Yu Y et al. Phys. Rev. B 93 201111(R) (2016)
  131. Hoshi Y et al. Phys. Rev. B 95 241403(R) (2017)
  132. Moody G et al. Nature Commun. 6 8315 (2015)
  133. Selig M et al. Nature Commun. 7 13279 (2016)
  134. Plechinger G et al. arXiv:arXiv:1404.7674
  135. McCormick E J et al. 2D Mater. 5 011010 (2016)
  136. Dey P et al. Phys. Rev. Lett. 119 137401 (2017)
  137. Singh A et al. Phys. Rev. Lett. 117 257402 (2016)
  138. Белиничер В И, Стурман Б И УФН 130 415 (1980); Belinicher V I, Sturman B I Sov. Phys. Usp. 23 199 (1980)
  139. Bloembergen N Nonlinear Optics 4th ed. (Singapore: World Scientific, 1996)
  140. Ganichev S D, Prettl W Intense Terahertz Excitation of Semiconductors (Oxford: Oxford Univ. Press, 2006)
  141. Glazov M M, Ganichev S D Phys. Rep. 535 101 (2014)
  142. Рашба Э И, Стердж М Д (Ред.) Экситоны (М.: Наука, 1985)
  143. Mahan G D Phys. Rev. 170 825 (1968)
  144. Wang G et al. Phys. Rev. Lett. 115 117401 (2015)
  145. Manca M et al. Nature Commun. 8 14927 (2017)
  146. Ивченко Е Л, Перлин Е Ю ФТТ 15 2781 (1973); Ivchenko E L, Perlin E Yu Sov. Phys. Solid State 15 1850 (1974)
  147. Арифжанов С Б, Ивченко Е Л ФТТ 17 81 (1975); Arifzhanov S B, Ivchenko E L Sov. Phys. Solid State 17 46 (1975)
  148. Данишевский А М, Кочегаров С Ф, Субашиев В К ЖЭТФ 70 158 (1976); Danishevskii A M, Kochegarov S F, Subashiev V K JETP 43 83 (1976)
  149. Pedersen T G, Cornean H D Europhys. Lett. 78 27005 (2007)
  150. Trolle M L, Seifert G, Pedersen T G Phys. Rev. B 89 235410 (2014)
  151. Grüning M, Attaccalite C Phys. Rev. B 89 081102(R) (2011)
  152. Golub L E et al. Phys. Rev. B 84 195408 (2011)
  153. Golub L E, Tarasenko S A Phys. Rev. B 90 201402(R) (2014)
  154. Trolle M L et al. Phys. Rev. B 92 161409(R) (2015)
  155. Seyler K L et al. Nature Nanotechnol. 10 407 (2015)
  156. Rivera P et al. Science 351 688 (2016)
  157. Liu X et al. Nature Photon. 9 30 (2015)
  158. Dufferwiel S et al. Nature Commun. 6 8579 (2015)
  159. Lundt N et al. Nature Commun. 7 13328 (2016)
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение