Giant magnetic splitting inducing near-unity valley polarization in van der Waals heterostructures.
Giant magnetic splitting inducing near-unity valley polarization in van der Waals heterostructures.
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DOI：
10.1038/s41467-017-01748-1
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发表时间：
2017-11-16
影响因子：
16.6
通讯作者：
Korn T
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Nagler P;Ballottin MV;Mitioglu AA;Mooshammer F;Paradiso N;Strunk C;Huber R;Chernikov A;Christianen PCM;Schüller C;Korn T
半导体过渡金属二硫族化物的单层表现出强耦合的电荷载流子自旋和谷自由度的有趣的基本物理特性。虽然利用这些特性进行信息处理的可能性刺激了针对谷电子学概念的协调一致的研究活动，但事实证明，在单个单层中保持对自旋谷极化的控制具有挑战性。一种有前景的替代途径是探索人工范德华异质结构中的 II 型能带排列。由此产生的层间激子结合了载流子寿命长和自旋谷锁定的优点。在这里，我们展示了二维异质结构的人工设计，能够实现单层系统中无法实现的层间跃迁。由此产生的层间激子的巨大有效 g 因子为 -15，即使在非选择性激发之后，也能通过高磁场中的谷选择性能量分裂来诱导接近统一的谷极化。我们的结果凸显了使用晶体排列确定性地设计范德华异质结构中新颖的谷特性的潜力。在过渡金属二硫属化物单层中，自旋自由度和谷自由度紧密耦合。在这里，作者设计了一种 WSe2/MoSe2 异质结构，其中层间激子的谷间跃迁在磁场中表现出巨大的分裂和接近统一的极化。
Monolayers of semiconducting transition metal dichalcogenides exhibit intriguing fundamental physics of strongly coupled spin and valley degrees of freedom for charge carriers. While the possibility of exploiting these properties for information processing stimulated concerted research activities towards the concept of valleytronics, maintaining control over spin–valley polarization proved challenging in individual monolayers. A promising alternative route explores type II band alignment in artificial van der Waals heterostructures. The resulting formation of interlayer excitons combines the advantages of long carrier lifetimes and spin–valley locking. Here, we demonstrate artificial design of a two-dimensional heterostructure enabling intervalley transitions that are not accessible in monolayer systems. The resulting giant effective g factor of −15 for interlayer excitons induces near-unity valley polarization via valley-selective energetic splitting in high magnetic fields, even after nonselective excitation. Our results highlight the potential to deterministically engineer novel valley properties in van der Waals heterostructures using crystallographic alignment. In transition metal dichalcogenide monolayers, the spin and valley degrees of freedom are strongly coupled. Here, the authors engineer a WSe2/MoSe2 heterostructure in which inter-valley transitions of interlayer excitons exhibit a giant splitting and near-unity polarization in a magnetic field.
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