論文の概要: Many-Body Configurational Spectral Splitting between Trion and Charged Exciton in a Monolayer Semiconductor
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.01862v1
- Date: Fri, 3 May 2024 05:30:10 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-06 13:45:11.326187
- Title: Many-Body Configurational Spectral Splitting between Trion and Charged Exciton in a Monolayer Semiconductor
- Title（参考訳）: 単層半導体におけるトリオンと荷電エキシトン間の多体構造スペクトル分割
- Authors: Jiacheng Tang, Cun-Zheng Ning,
- Abstract要約: 2バンド半導体における電子(e)と穴(2e1h)の三体系は、一般的に励起子とトリオンの2つのスペクトルピークと関連していると考えられている。
2バンドモデルにおける3体BSEは、全てのスペクトル特性を再現できるが、クラスター膨張法により、2つのピークはそれぞれ荷電エキシトン(e)(eh)とトライアン(eeh)に対応することを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9208007322096533
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Many-body electron-hole complexes in a semiconductor are important both from a fundamental physics point of view and for practical device applications. A three-body system of electrons (e) and holes (h) (2e1h, or 1e2h) in a two-band semiconductor is commonly believed to be associated with two spectral peaks for the exciton and trion (or charged exciton), respectively. But both the validity of this understanding and the physical meaning of a trion or charged exciton have not been thoroughly examined. From the physics point of view, there are two different configurations, (e)(eh) or (eeh), which could be considered charged exciton and trion, respectively. Here (...) represents an irreducible cluster with respect to Coulomb interactions. In this paper, we consider these issues related to the 2e1h three-body problem theoretically and experimentally using monolayer MoTe2 as an example. Our theoretical tools involve the three-body Bethe-Salpeter Equation (BSE) and the cluster expansion technique, especially their correspondence. Experimentally, we measure the photoluminescence spectrum on a gate-controlled monolayer MoTe2. We found two spectral peaks that are 21 and 4 meV, respectively, below the exciton peak, in contrast to the single "trion" peak from the conventional understanding. We show that, while the three-body BSE in a two-band model can reproduce all spectral features, the cluster-expansion technique shows that the two peaks correspond to the charged exciton (e)(eh) and trion (eeh), respectively. In other words, there is a spectral splitting due to the two different many-body configurations. Furthermore, we find that the trion only exists in the intervalley case, while the charged exciton exists both for the intervalley and intravalley cases.
- Abstract（参考訳）: 半導体中の多体電子-ホール錯体は、基本的な物理学的観点からも、実用的なデバイス用途においても重要である。
2バンド半導体における電子(e)とホール(h)(2e1h、または1e2h)の三体系は、それぞれ励起子とトリオン(または荷電励起子)の2つのスペクトルピークと関連していると考えられている。
しかし、この理解の妥当性と三重項や荷電励起子の物理的意味については、十分には検討されていない。
物理学の観点からは、 (e)(eh) と (eeh) の2つの異なる構成があり、これはそれぞれ荷電エキシトンとトライアンと見なすことができる。
ここで (...) はクーロン相互作用に関して既約クラスタを表す。
本稿では, 単層MoTe2を例に, 理論的, 実験的に2e1hの3体問題に関連するこれらの問題を考察する。
我々の理論ツールは、BSE(Bethe-Salpeter Equation)とクラスタ展開技術、特にそれらの対応を含む。
ゲート制御単層MoTe2の発光スペクトルを実験的に測定した。
その結果,21mVと4mVの2つのスペクトルピークが励起子ピークより下にあることがわかった。
2バンドモデルにおける3体BSEは、全てのスペクトル特徴を再現できるが、クラスター膨張法は、2つのピークがそれぞれ荷電エキシトン(e)(eh)とトライアン(eeh)に対応することを示す。
言い換えれば、2つの異なる多体構成によるスペクトル分割がある。
さらに, トリオンはインターバルレーの場合のみ存在し, 荷電エキシトンはインターバルレーの場合とバレー内の場合の両方で存在することがわかった。
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