Excitons liés aux défauts intrinsèques et extrinsèques dans les TMDC

Nous étudions le pic excitonique associé aux défauts et à l'ordre dans la photoluminescence à basse température des dichalcogénures de métaux de transition en monocouche (TMDC). Pour révéler l'origine intrinsèque des excitons liés aux défauts (D), nous examinons leur dépendance à la tension de grille, à la puissance d'excitation et à la température dans un monocouche prototypique de TMDC MoS2. Nos résultats suggèrent que les excitons D sont des excitons neutres liés à des niveaux de donneurs ionisés, probablement liés à des vacants de soufre, avec une densité de 7 × 10^11 cm-2. Afin d'étudier la contribution extrinsèque aux excitons D, nous déposons de manière contrôlée des molécules d'oxygène in situ sur la surface de MoS2 maintenue à température cryogénique. Nous constatons qu'en plus du dopage trivial p de 3 × 10^12 cm-2, l'oxygène affecte les excitons D, probablement en fonctionnalisant les sites de défauts. En combinant nos résultats, nous révélons l'origine des excitons D, suggérons une approche pour suivre la fonctionalisation des TMDC, pour évaluer la qualité des dispositifs, et ouvrons la voie à l'ingénierie des excitons dans des dispositifs hybrides organiques-inorganiques de TMDC.