Движение экситонов в тонких слоях полупроводника

Слои полупроводников толщиной в несколько атомов важны для применений в наноэлектронике [7]. Их оптоэлектронные свойства в значительной мере определяются поведением экситонов — связанных систем электронов и дырок. Но экситоны электрически нейтральны, поэтому ими сложно управлять с помощью электрического поля. Недавно начал развиваться метод управления движением экситонов путем создания в веществе механически деформированных областей. Обычно изменение энергии экситонов при деформации приводит к тому, что они перемещаются из областей с низкой механической напряжённостью в области с большой напряжённостью. R. Rosati (Марбургский университет, Германия) и соавторы исследовали экситоны в монослоях WS₂ и WSe₂ путём наблюдения фотолюминесценции с пространственным и временным разрешением [8]. Неожиданно оказалось, что наблюдаемые в WS₂ и WSe₂ экситоны движутся в противоположном направлении, по сравнению с ожидаемым, причём их скорость достигала рекордной величины 1 мкм за 0,8 нс. Авторы выполнили детальное теоретическое исследование и пришли к выводу, что это связано с наличием в монослоях противоположного потока «тёмных экситонов», которые напрямую не наблюдаются, но влияют на свойства светлых экситонов. Взаимодействие светлых экситонов с тёмными приводит к сдвигу их энергии в механически напряжённом полупроводнике в обратном направлении, что изменяет направление движения. Контрольный эксперимент с MoSe₂ подтверждает данное объяснение: в MoSe₂ светлые экситоны движутся в «правильную» сторону, т.к. уровни тёмных экситонов в MoSe₂ расположены выше уровней светлых и взаимодействие слабое. [7] Ратников П В, Силин А П УФН 188 1249 (2018); Phys. Usp. 61 1139 (2018) [8] Rosati R et al. Nature Comm. 12 7221 (2021)