Identificação de excitons dependentes do ângulo de torção em heterobilayers de WS2/WSe2

Empilhar filmes atomicamente finos permite a construção artificial de heteroestruturas de van der Waals com funcionalidades exóticas, como supercondutividade, o efeito Hall quântico e interações engenheiradas entre luz e matéria. Em particular, heterobilayers compostos por dicompostos de metais de transição em monocamadas atraíram interesse significativo devido ao seu acoplamento intercamadas controlável e excitons de vale aprisionados em superlattices de moiré. No entanto, a identificação de transições ópticas moduladas por ângulo de torção em heterobilayers é às vezes controversa, uma vez que tanto os excitons com momento direto (K-K) quanto indireto residem no lado de baixa energia do exciton brilhante nos constituintes de monocamada. Aqui, atribuimos a transição óptica em ∼1,35 eV no heterobilayer de WS2/WSe2 a uma transição indireta Γ-K com base em uma análise sistemática e comparação de espectros de fotoluminescência experimentais com cálculos teóricos. A função de onda do exciton obtida pelo método de última geração da equação GW-Bethe-Salpeter indica que tanto o elétron quanto o buraco dos excitons são contribuídos pela camada de WS2. Imagens de espaço k resolvidas por polarização confirmam ainda mais que o momento dipolar de transição desta transição óptica é predominantemente no plano e é independente do ângulo de torção. O espectro de absorção calculado prevê que o chamado pico de exciton intercamadas proveniente da transição K-K está localizado em 1,06 eV, mas com uma amplitude muito mais fraca. Nosso trabalho fornece novas perspectivas sobre as propriedades em estado estacionário e dinâmicas de excitons dependentes do ângulo de torção em heteroestruturas de van der Waals.