Экситон-фононное взаимодействие в атомарно тонких дихалькогенидах переходных металлов / Глазов М.М., Семина М.А.

Оптические свойства атомарно тонких полупроводников на основе монослоев дихалькогенидовпереходных металлов обусловлены, главным образом, экситонами, энергия связи которых достигаетсотен мэВ, а время радиационного затухания – менее пикосекунд [1,2]. Цель данной работы –теоретическое исследование эффектов взаимодействия электронов и экситонов с колебаниямирешетки двумерных полупроводников.Показано, что взаимодействие экситонов в монослояхдихалькогенидов переходных металлов с продольнымиакустическими фононами монослоя параметрически сильнееаналогичного взаимодействия в классических полупроводниковыхструктурах с квантовыми ямами. Это связано с различием вплотности состояний двумерных и трехмерных акустическихфононов. В рамках самосогласованного борновского приближениярассчитан спектр поглощения света монослоем вблизи экситонногорезонанса с учетом как бесфононных процессов, так и процессовэкситон-фононного взаимодействия. Спектр резко асимметричен с крылом, простирающимся на несколько мэВ выше экситонного резонанса. Результаты расчетов хорошо согласуются сданными экспериментов [3]. Обсуждается вклад экситонфононного взаимодействия в коэффициент диффузии экситонов в монослоях дихалькогенидовпереходных металлов [4], а также энергетическая релаксация нейтральных и экситонов наакустических и оптических фононах.Важной особенностью зонной структуры монослоев дихалькогенидов переходных металловявляется наличие двух неэквивалентных долин K и K’, каждая из которых активна только в однойциркулярной поляризации. В докладе также развивается теория междолинного смешиванияэлектронных и экситонных состояний за счет фононов. Проведен симметрийный анализ фононныхмод, обеспечивающих междолинное рассеяние электронов и дырок. Даны оценки для скоростеймеждолинных переходов с сохранением и с переворотом спинов носителей заряда. Такжеобсуждается эффект междолинного полярона. Рассчитаны перенормировки эффективных массносителей заряда и спин-орбитального расщепления зоны проводимости за счет междолинногополярона.