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二维半导体中载流子弛豫动力学的调制

人工智能 2021-03-12 15:39:12

由于库仑相互作用大大增强,因此二维(2D)半导体可以容纳一组丰富的激子物种。激子态可以表现出大的振荡器强度和强大的光-物质相互作用,并支配2D半导体的光学特性。另外,由于尺寸低,2D半导体的激子动力学可能更容易受到各种外部刺激的影响,从而丰富了可以利用的定制方法。

理解可能影响光生激发态动力学的因素代表了2D半导体中激子物理学的一个重要方面,并且对于实际应用也至关重要,因为激发态寿命与多种光电和光子的关键性能指标有关。设备。尽管已经为块状半导体积累了某些经验,但是2D半导体的原子性质可能会使这些方法的有效性降低或难以适应。另一方面,二维半导体的独特属性,例如强健的激子态,对外部环境因素的敏感性以及在构造vdW异质结构方面的灵活性,有望实现不同于传统材料的调制策略。

在由《光:科学与应用》发表的一篇新的评论文章中,由南京大学的王凤秋教授领导的一组研究人员总结了迄今为止在2D半导体中光载流子弛豫动力学调制方面获得的知识和进展。在对2D半导体中的光载流子弛豫动力学进行了简要总结之后,作者首先讨论了库仑相互作用的调制及其对瞬态特性的影响。可以通过引入外部介电环境或注入的电荷载流子的额外屏蔽来调节2D半导体中的库仑相互作用导致准粒子带隙和激子结合能的改变。然后根据其相关的弛豫途径或机理,讨论了影响光电载流子动力学的因素和操纵方法。

讨论的第一个因素是光子在电子能带结构中的初始分布,它可以通过在能量和动量空间中启用不同的可用弛豫路径来影响其衰减过程。之后,讨论了缺陷辅助和声子辅助的松弛。尽管利用缺陷辅助弛豫的方法(例如离子轰击和封装)与块状半导体的方法类似,但2D半导体对声子辅助弛豫的调制方式可能有所不同。

“一方面,由于抑制了介电屏蔽,因此可以增强电荷载流子与声子之间的耦合;另一方面,高的体积比使2D材料更容易受到外部声子环境的影响。” 此外,构造vdW异质结构的灵活性以及跨接口的超快速电荷转移,使得可以通过能带对准技术来调整光电载流子的动力学。

不同粒子种类之间的过渡还提供了通过改变不同准粒子之间的比率进行调节的机会,这可以修改不同弛豫途径的相对部分,从而改变整个样品的瞬态光学响应。最后,讨论了二维TMD中自旋/谷极化的动力学调制,讨论主要集中在增加自旋/谷极化寿命的方法上。

通过这篇综述,作者的目的是为开发鲁棒的方法提供指导,以调整光电载流子的弛豫行为,并增强对2D半导体这一基本过程的物理理解。正如作者在结论中指出的那样,“在2D半导体中对光载流子弛豫的基本理解和实际调制方面,仍需要进行大量的研究工作。”

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