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Every-other-layer dipolar excitons in a spin-valley locked superlattice

激子 凝聚态物理 超晶格 偶极子 激发态 单层 点反射 自旋(空气动力学) 材料科学 分子物理学 物理 原子物理学 纳米技术 量子力学 热力学
作者
Yinong Zhang,Chengxin Xiao,Dmitry Ovchinnikov,Jiayi Zhu,Xi Wang,Takashi Taniguchi,Kenji Watanabe,Jiaqiang Yan,Wang Yao,Xiaodong Xu
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:18 (5): 501-506 被引量:23
标识
DOI:10.1038/s41565-023-01350-1
摘要

Monolayer semiconducting transition metal dichalcogenides possess broken inversion symmetry and strong spin-orbit coupling, which leads to unique spin-valley locking effect. In 2H stacked pristine multilayers, the spin-valley locking yields an electronic superlattice structure, where alternating layers correspond to barrier and quantum well respectively, conditioned on the spin-valley indices. Here, we show that the spin-valley locked superlattice hosts a new kind of dipolar excitons with the electron and hole constituents separated in an every-other-layer configuration, i.e., either in two even or two odd layers. Such excitons become optically bright via hybridization with intralayer excitons, displaying multiple anti-crossing patterns in optical reflection spectrum as the dipolar exciton is tuned through the intralayer resonance by electric field. The reflectance spectra also reveal an excited state orbital of the every-other-layer exciton, pointing to a sizable binding energy in the same order of magnitude as the intralayer exciton. As layer thickness increases, the dipolar exciton can form one-dimensional Bose-Hubbard chain displaying a layer number dependent fine-structures in the reflectance spectra. Our work reveals a distinct valleytronic superlattice with highly tunable dipolar excitons for exploring light-matter interactions.
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