能谷是除電子電荷和電子自旋的一個額外的電子自由度。能谷電子學利用能谷自由度進行信息的編碼、處理和傳遞,它是對以電荷為載體的傳統(tǒng)微電子學和以自旋為載體的自旋電子學的補充,并且具有穩(wěn)定性好、處理速度快、集成度高、能耗小、傳輸距離遠等特點,有很廣闊的發(fā)展前景。研究發(fā)現(xiàn),單層過渡族金屬硫化物具有強自旋軌道耦合等特點,成為能谷電子學器件的理想材料。同時,又因其具有原子級厚度、直接帶隙、良好的電學和機械性能等優(yōu)勢,迅速成為高端電子器件、自旋電子學器件、光電子器件等應(yīng)用的研究熱點。對單層過渡族金屬硫化物中準粒子（激子、荷電激子）動力學的全面認識有利于提高基于該材料的光電器件的響應(yīng)速率和量子效率,吸引了研究者們的大量關(guān)注。隨著實驗技術(shù)的進步,研究者們深入研究了單層過渡族金屬硫化物中準粒子的動力學過程,其物理機制日漸清晰,但是也有些許問題未得到有效解決,如:激子的擴散系數(shù)缺乏有效探測,對激子和荷電激子相互轉(zhuǎn)換的動力學過程的認識存在不足等等。為此,在本論文中,我們采取了瞬態(tài)光柵光譜、瞬態(tài)反射譜和時間分辨Kerr旋轉(zhuǎn)譜等技術(shù)手段研究了單層WSe₂中激子的擴散動力學以及激子和荷電激子之間... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：97 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

單層TMDCs的晶體結(jié)構(gòu)和布里淵區(qū)示意圖

第2章單層過渡族金屬硫化物的性質(zhì)7所示。由于價帶具有非常大的自旋劈裂，能谷光學選擇定則也成為與自旋相關(guān)的光學選擇定則。圖2.2W基的單層TMDCs中的光學選擇定則[2]。λc(λv)：導(dǎo)帶（價帶）的自旋劈裂能。橙色曲線為自旋向上的能帶，綠色曲線為自旋向下的能帶。Figure2.2TheopticalselectionrulesofmonolayerTMDCsonthebaseoftungsten[2].λc(λv):Splittinginconduction(valence)bandsinducedbyspin-orbitcoupling.Theorangecurvesarethespin-upenergybands,andthegreencurvesarethespin-downenergybands.2.2單層過渡族金屬硫化物中的準粒子性質(zhì)單層TMDCs中具有很強的庫倫相互作用，使得該材料中的多體準粒子具有很強的束縛能，可穩(wěn)定存在[28-30]。在該體系中，許多光電現(xiàn)象的基本激發(fā)單元是激子。材料中的激子會吸附額外的電子或空穴，形成荷電激子，記做trion。熒光實驗表明，隨著材料中的電子濃度發(fā)生改變，二維TMDCs中的準粒子在正荷電激子、中性激子、負荷電激子之間連續(xù)變化[51-53]。此外，單層TMDCs中的激子相互作用時會形成束縛在一起的激子態(tài)-雙激子。由于強庫倫相互作用，各個準粒子之間相互影響。在本小節(jié)中，我們介紹了單層TMDCs中激子、荷電激子和雙激子基本的性質(zhì)，以方便讀者進一步理解該材料的光電性質(zhì)，同時為也為后續(xù)K+K-

單層過渡族金屬硫化物中準粒子動力學過程的研究10隨著谷間散射時間()的減少而降低。在以暗激子為基態(tài)的單層WX2中，激子的能谷極化度始終比以亮激子為基態(tài)的單層MoX2中激子的能谷極化度高，這是因為在兩種類型的單層TMDCs中亮-暗激子的散射效率不同。光激發(fā)產(chǎn)生K+能谷的亮激子，這些亮激子可以發(fā)生能谷間散射(散射到K-能谷)[66]或者能谷內(nèi)散射(散射到同一能谷內(nèi)的暗激子)。在單層WX2中，亮激子的能谷內(nèi)散射效率更高(能谷內(nèi)散射不需要克服能量勢壘)，因此會有更多的亮激子散射到暗激子，更少的亮激子散射到K-能谷。為了保持K+能谷中的為玻爾茲曼分布，WX2中大量的暗激子又會轉(zhuǎn)換為同一能谷內(nèi)的亮激子，因此增加了激子的能谷極化度。對于圖2.3單層TMDCs中的能谷極化度與能谷間散射時間的函數(shù)關(guān)系圖[60]。對于三種不同的亮-暗激子散射時間，單層WX2(虛線)和MoX2(實線)的能谷極化度與谷間散射時間的函數(shù)關(guān)系圖。Figure2.3Degreeofvalleypolarizationasafunctionoftheinter-valleyscatteringtimeformonolayerTMDCs[60].Degreeofvalleypolarizationasafunctionoftheinter-valleyscatteringtimeformonolayerWX2(brokenlines)andMoX2(solidlines)forthreedifferentvaluesofthebright-darkexcitonscatteringtime.

【參考文獻】：
期刊論文
[1]瞬態(tài)自旋光柵系統(tǒng)的建設(shè)及其在自旋輸運研究中的應(yīng)用[J]. 胡長城,王剛,葉慧琪,劉寶利.  物理學報. 2010(01)

碩士論文
[1]瞬態(tài)光柵系統(tǒng)的建設(shè)[D]. 胡長城.吉林大學 2009



本文編號：3097408