Carrier Plasmon Induced Nonlinear Band Gap Renormalization in Two-Dimensional Semiconductors

重整化 准粒子 半导体 凝聚态物理 带隙 等离子体子 兴奋剂 物理 非线性系统 联轴节(管道) 材料科学 量子力学 超导电性 冶金
作者
Yufeng Liang,Li Yang
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:114 (6) 被引量:131
标识
DOI:10.1103/physrevlett.114.063001
摘要

In reduced-dimensional semiconductors, doping-induced carrier plasmons can strongly couple with quasiparticle excitations, leading to a significant band gap renormalization. However, the physical origin of this generic effect remains obscure. We develop a new plasmon-pole theory that efficiently and accurately captures this coupling. Using monolayer MoS(2) and MoSe(2) as prototype two-dimensional (2D) semiconductors, we reveal a striking band gap renormalization above 400 meV and an unusual nonlinear evolution of their band gaps with doping. This prediction significantly differs from the linear behavior that is observed in one-dimensional structures. Notably, our predicted band gap renormalization for MoSe(2) is in excellent agreement with recent experimental results. Our developed approach allows for a quantitative understanding of many-body interactions in general doped 2D semiconductors and paves the way for novel band gap engineering techniques.

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