3R堆叠的MoS2双层结构中偶极激子的快速超扩散传输

《ACS Nano》：Fast Superdiffusive Transport of Dipolar Excitons in 3R-Stacked MoS2 Bilayers

激子超扩散机制及其在3R MoS?双层中的应用研究。通过瞬态吸收显微镜发现3R堆叠的MoS?双层中激子呈现快速超扩散特性，源于内置极化产生的对齐双极激子及强偶极-偶极相互作用。相较于单层、体材料及2H双层，该结构展现出独特的电场操控潜力，为可调光电子器件和量子相探索提供新平台。

　　

激子能够在不伴随电荷流动的情况下实现能量传输，但它们的电中性限制了对其的外部控制。通过制造偶极激子（即电子和空穴在空间上分离的激子），可以赋予它们永久的偶极矩，从而实现电场的操控，并引入强烈的偶极-偶极相互作用，进而影响能量传输过程。尽管偶极激子在耦合量子阱和范德华异质结构中已被广泛研究，但本文发现菱形（3R）堆叠的MoS₂双层结构为这类激子的产生提供了理想的平台。3R堆叠方式打破了材料的对称性，从而产生了内在的极化效应，使电子和空穴在空间上分离，自然形成了排列整齐的偶极子。利用瞬态吸收显微镜技术，我们观察到3R MoS₂双层中的偶极激子具有快速且超扩散的传输特性，这与单层材料、体块晶体以及2H双层中的缓慢扩散行为形成了鲜明对比。这些发现表明偶极相互作用对激子传输具有关键作用，并展示了3R堆叠的过渡金属硫属化合物双层作为高迁移率激子传输、可调光电功能以及探索偶极介导的量子相的理想材料平台。