单层过渡族金属硫化物中准粒子动力学过程的研究
发布时间：2021-03-24 08:29
能谷是除电子电荷和电子自旋的一个额外的电子自由度。能谷电子学利用能谷自由度进行信息的编码、处理和传递,它是对以电荷为载体的传统微电子学和以自旋为载体的自旋电子学的补充,并且具有稳定性好、处理速度快、集成度高、能耗小、传输距离远等特点,有很广阔的发展前景。研究发现,单层过渡族金属硫化物具有强自旋轨道耦合等特点,成为能谷电子学器件的理想材料。同时,又因其具有原子级厚度、直接带隙、良好的电学和机械性能等优势,迅速成为高端电子器件、自旋电子学器件、光电子器件等应用的研究热点。对单层过渡族金属硫化物中准粒子（激子、荷电激子）动力学的全面认识有利于提高基于该材料的光电器件的响应速率和量子效率,吸引了研究者们的大量关注。随着实验技术的进步,研究者们深入研究了单层过渡族金属硫化物中准粒子的动力学过程,其物理机制日渐清晰,但是也有些许问题未得到有效解决,如:激子的扩散系数缺乏有效探测,对激子和荷电激子相互转换的动力学过程的认识存在不足等等。为此,在本论文中,我们采取了瞬态光栅光谱、瞬态反射谱和时间分辨Kerr旋转谱等技术手段研究了单层WSe2中激子的扩散动力学以及激子和荷电激子之间...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市
【文章页数】：97 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
单层TMDCs的晶体结构和布里渊区示意图
第2章单层过渡族金属硫化物的性质7所示。由于价带具有非常大的自旋劈裂，能谷光学选择定则也成为与自旋相关的光学选择定则。图2.2W基的单层TMDCs中的光学选择定则[2]。λc(λv)：导带（价带）的自旋劈裂能。橙色曲线为自旋向上的能带，绿色曲线为自旋向下的能带。Figure2.2TheopticalselectionrulesofmonolayerTMDCsonthebaseoftungsten[2].λc(λv):Splittinginconduction(valence)bandsinducedbyspin-orbitcoupling.Theorangecurvesarethespin-upenergybands,andthegreencurvesarethespin-downenergybands.2.2单层过渡族金属硫化物中的准粒子性质单层TMDCs中具有很强的库伦相互作用，使得该材料中的多体准粒子具有很强的束缚能，可稳定存在[28-30]。在该体系中，许多光电现象的基本激发单元是激子。材料中的激子会吸附额外的电子或空穴，形成荷电激子，记做trion。荧光实验表明，随着材料中的电子浓度发生改变，二维TMDCs中的准粒子在正荷电激子、中性激子、负荷电激子之间连续变化[51-53]。此外，单层TMDCs中的激子相互作用时会形成束缚在一起的激子态-双激子。由于强库伦相互作用，各个准粒子之间相互影响。在本小节中，我们介绍了单层TMDCs中激子、荷电激子和双激子基本的性质，以方便读者进一步理解该材料的光电性质，同时为也为后续K+K-
单层过渡族金属硫化物中准粒子动力学过程的研究10随着谷间散射时间()的减少而降低。在以暗激子为基态的单层WX2中，激子的能谷极化度始终比以亮激子为基态的单层MoX2中激子的能谷极化度高，这是因为在两种类型的单层TMDCs中亮-暗激子的散射效率不同。光激发产生K+能谷的亮激子，这些亮激子可以发生能谷间散射(散射到K-能谷)[66]或者能谷内散射(散射到同一能谷内的暗激子)。在单层WX2中，亮激子的能谷内散射效率更高(能谷内散射不需要克服能量势垒)，因此会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。为了保持K+能谷中的为玻尔兹曼分布，WX2中大量的暗激子又会转换为同一能谷内的亮激子，因此增加了激子的能谷极化度。对于图2.3单层TMDCs中的能谷极化度与能谷间散射时间的函数关系图[60]。对于三种不同的亮-暗激子散射时间，单层WX2(虚线)和MoX2(实线)的能谷极化度与谷间散射时间的函数关系图。Figure2.3Degreeofvalleypolarizationasafunctionoftheinter-valleyscatteringtimeformonolayerTMDCs[60].Degreeofvalleypolarizationasafunctionoftheinter-valleyscatteringtimeformonolayerWX2(brokenlines)andMoX2(solidlines)forthreedifferentvaluesofthebright-darkexcitonscatteringtime.
【参考文献】：
期刊论文
[1]瞬态自旋光栅系统的建设及其在自旋输运研究中的应用[J]. 胡长城,王刚,叶慧琪,刘宝利. 物理学报. 2010(01)
硕士论文
[1]瞬态光栅系统的建设[D]. 胡长城.吉林大学 2009
本文编号：3097408
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市
【文章页数】：97 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
单层TMDCs的晶体结构和布里渊区示意图
第2章单层过渡族金属硫化物的性质7所示。由于价带具有非常大的自旋劈裂，能谷光学选择定则也成为与自旋相关的光学选择定则。图2.2W基的单层TMDCs中的光学选择定则[2]。λc(λv)：导带（价带）的自旋劈裂能。橙色曲线为自旋向上的能带，绿色曲线为自旋向下的能带。Figure2.2TheopticalselectionrulesofmonolayerTMDCsonthebaseoftungsten[2].λc(λv):Splittinginconduction(valence)bandsinducedbyspin-orbitcoupling.Theorangecurvesarethespin-upenergybands,andthegreencurvesarethespin-downenergybands.2.2单层过渡族金属硫化物中的准粒子性质单层TMDCs中具有很强的库伦相互作用，使得该材料中的多体准粒子具有很强的束缚能，可稳定存在[28-30]。在该体系中，许多光电现象的基本激发单元是激子。材料中的激子会吸附额外的电子或空穴，形成荷电激子，记做trion。荧光实验表明，随着材料中的电子浓度发生改变，二维TMDCs中的准粒子在正荷电激子、中性激子、负荷电激子之间连续变化[51-53]。此外，单层TMDCs中的激子相互作用时会形成束缚在一起的激子态-双激子。由于强库伦相互作用，各个准粒子之间相互影响。在本小节中，我们介绍了单层TMDCs中激子、荷电激子和双激子基本的性质，以方便读者进一步理解该材料的光电性质，同时为也为后续K+K-
单层过渡族金属硫化物中准粒子动力学过程的研究10随着谷间散射时间()的减少而降低。在以暗激子为基态的单层WX2中，激子的能谷极化度始终比以亮激子为基态的单层MoX2中激子的能谷极化度高，这是因为在两种类型的单层TMDCs中亮-暗激子的散射效率不同。光激发产生K+能谷的亮激子，这些亮激子可以发生能谷间散射(散射到K-能谷)[66]或者能谷内散射(散射到同一能谷内的暗激子)。在单层WX2中，亮激子的能谷内散射效率更高(能谷内散射不需要克服能量势垒)，因此会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。为了保持K+能谷中的为玻尔兹曼分布，WX2中大量的暗激子又会转换为同一能谷内的亮激子，因此增加了激子的能谷极化度。对于图2.3单层TMDCs中的能谷极化度与能谷间散射时间的函数关系图[60]。对于三种不同的亮-暗激子散射时间，单层WX2(虚线)和MoX2(实线)的能谷极化度与谷间散射时间的函数关系图。Figure2.3Degreeofvalleypolarizationasafunctionoftheinter-valleyscatteringtimeformonolayerTMDCs[60].Degreeofvalleypolarizationasafunctionoftheinter-valleyscatteringtimeformonolayerWX2(brokenlines)andMoX2(solidlines)forthreedifferentvaluesofthebright-darkexcitonscatteringtime.
【参考文献】：
期刊论文
[1]瞬态自旋光栅系统的建设及其在自旋输运研究中的应用[J]. 胡长城,王刚,叶慧琪,刘宝利. 物理学报. 2010(01)
硕士论文
[1]瞬态光栅系统的建设[D]. 胡长城.吉林大学 2009
本文编号：3097408
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3097408.html
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