Direct formation of interlayer exciton in two-dimensional van der Waals heterostructures

光激发 范德瓦尔斯力 材料科学 异质结 激子 凝聚态物理 半导体 化学物理 激发态 光电子学 化学 原子物理学 物理 分子 有机化学
作者
Xianghong Niu,Shanshan Xiao,Dazhong Sun,Anqi Shi,Zhaobo Zhou,Wei Chen,Xing’ao Li,Jinlan Wang
出处
期刊:Materials horizons [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:8 (8): 2208-2215 被引量:4
标识
DOI:10.1039/d1mh00571e
摘要

In atomically thin two-dimensional van der Waals (2D vdW) heterostructures, spatially separated interlayer excitons play an important role in the optoelectronic performance and show great potential for the exploration of many-body quantum phenomena. A commonly accepted formation mode for interlayer excitons is via a two-step intralayer exciton transfer mechanism, namely, photo-excited intralayer excitons are initially generated in individual sublayers, and photogenerated electrons and holes are then separated into opposite sublayers based on the type-II band alignment. Herein, we expand the concept of interlayer exciton formation and reveal that bright interlayer excitons can be generated in one step by direct interlayer photoexcitation in 2D vdW heterostructures that have strong interlayer coupling and a short photoexcitation channel. First-principles and many-body perturbation theory calculations demonstrate that indium selenide/antimonene and indium selenide/black phosphorus heterostructures are two promising systems that show an exceptionally large interlayer transition probability (>500 Debye2). This study enriches the understanding of interlayer exciton formation and provides a new avenue to acquiring strong interlayer excitons in artificial 2D vdW heterostructures.

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