Magneto-fotoluminescência e dinâmica de vale dos multiéxcitons em monocamadas de dicalcogenetos de metais de transição

Abstract

As monocamadas de dicalcogenetos de metais de transição (DMT), assim como o grafeno, podem ser esfoliadas da sua forma cristalina tridimensional (bulk). No entanto, diferentemente do grafeno, elas possuem um gap de banda direto que as fazem atrativas para possíveis aplicações em eletrônica e optoeletrônica. Além disso, os graus de liberdade do spin e do pseudo-spin do vale estão diretamente acoplados e estabilizados pela forte interação spin-órbita nas bandas de valência e condução, e pela forte interação coulombiana. Além do mais, os momentos magnéticos opostos dos spins e dos vales em𝐾 e𝐾′ se acoplam de forma diferente com um campo magnético externo e alteram os tempos de espalhamento intra e intervale. Neste trabalho, estudamos o controle da polarização de vale com a aplicação de um campo magnético em diferentes direções em monocamadas de DMT baseadas no tungstênio. Observamos que com o campo perpendicular (𝐵⊥) à monocamada, apenas a emissão dos éxcitons claros e biéxcitons emergem e a intensidade de fotoluminescência e a polarização dos vales para excitação com 𝜎+ e 𝜎− exibem um padrão na forma de “X” que indica um acoplamento diferente com o campo. Entretanto, quando um campo magnético paralelo (𝐵‖) é aplicado à monocamada, além da emissão dos éxcitons claros e biéxcitons, também observamos a emissão dos éxcitons escuros intravale A e B que foram “clareados”. A intensidade de fotoluminescência dos éxcitons clareados cresce parabolicamente com 𝐵‖ independente da helicidade da excitação e o efeito de clareamento é muito mais eficiente para os do tipo A. Com o campo inclinado 45∘, a emissão dos éxcitons clareados cresce com o campo e a polarização depende da helicidade de excitação. Além disso, com o aumento do campo, os picos de emissões dos éxcitons claros e escuros dos vales 𝐾 e 𝐾′ se deslocam em direções opostas no espectro de fotoluminescência. Em especial, a separação entre a emissão copolarizada do éxciton escuro A nos dois vales é bem maior que a do éxciton claro e do biéxciton que facilita sua manipulação individual em cada um dos vales. Ademais, com o aumento da temperatura, a intensidade de emissão dos éxcitons clareados A diminui e a dos éxcitons claros e biéxcitons aumentam. Por outro lado, para os éxcitons claros e biéxcitons B, o aumento da temperatura não altera muito suas emissões, mas para os éxcitons clareados B, a intensidade de emissão cresce consideravelmente.