加州大学河滨分校伊克巴尔·皮塔尔瓦拉 路易斯(左)、·刘(中)和耶利米·范·巴人
信用:UCR/斯坦林 由加州大学河滨分校的科学家领导的一个国际研究小组观察到了电子谷之间一种新型跃迁的光发射，这种跃迁被称为谷间传输
这项研究提供了一种读取山谷信息的新方法，有可能开发出新型设备
目前的半导体技术使用电子电荷或自旋来存储和处理信息；相关的技术分别被称为电子学和自旋电子学
一些半导体在其电子能带结构中包含局部能谷，可用于编码、处理和存储信息，从而产生了一种称为valleytronics的新技术
“除了传统的电子学和自旋电子学之外，Valleytronics还提供了一种设计信息系统的替代途径，”加州大学河滨分校物理学和天文学系助理教授、单层钨二硒化物(WSe2)的层间跃迁研究负责人周洪“约书亚”吕说
“我们的新工作可以加快瓦列电子的发展
" 单层WSe2是一种很有前途的谷电子材料，因为它在能带结构中有两个动态特性相反的谷
此外，这种材料可以与光发生强烈的相互作用，有望用于光学可控的微电子应用
激子 当单层WSe2吸收一个光子时，束缚的电子可以在谷中释放，留下一个电子空位或空穴
由于空穴的行为类似于带正电荷的电子，电子和空穴可以相互吸引，形成一种叫做激子的束缚态
这种电子和空穴都在同一个谷中的激子，被称为巷内激子
目前对单层谷半导体中激子的研究主要集中在能发光的巷内激子上
相反的谷中的一个电子和一个空穴也可以形成一个激子，称为谷间激子，这是谷电子中的一个新成分
然而，动量守恒定律禁止相反谷中的电子和空穴直接复合发光
因此，层间激子是“暗的”，隐藏在光谱中
UCR领导的研究小组现在已经观察到单层WSe2中的层间激子的光发射
研究小组发现，尽管谷间激子本质上是暗的，但在材料缺陷或晶格振动的帮助下，它们可以发出大量的光
“带有缺陷或晶格振动的散射可以补偿电子和相对山谷中的空穴之间的动量失配，”吕说
“它使我们能够观察到谷间激子的光发射
" “虽然这一过程涉及到缺陷散射或晶格振动，但通道间的光发射是圆偏振的，”刘说，他是吕的实验室的博士后研究员，也是这篇研究论文的第一作者
“这种圆偏振光使我们能够识别激子谷的构型
这种光学可读的谷构型对于使谷间激子对谷电子应用有用是至关重要的
" Trions 除了激子，单层WSe2还含有三子，由两个电子和一个空穴或两个空穴和一个电子组成
三极管也有明确的山谷配置，适合valleytronic应用
与电荷中性激子相比，由于它们的净电荷，三极管的运动可以被电场控制
一个三子通常可以通过两条路径衰变
例如，对于一个由一个电子-空穴对和一个相反谷中的空穴组成的三子来说，电子可以选择与同谷中的空穴或相反谷中的空穴复合
这就产生了两种不同的三子衰变路径，即带内和带间电子-空穴复合
巷内三子衰变已有很多研究，但巷间三子衰变至今尚未见报道
UCR领导的团队首次展示了intervalley trion衰变
“虽然三子可以通过巷内或巷间衰变衰变，但这两种跃迁具有相同的能量，在光谱中很难区分，”吕说
“但当施加磁场时，通道内和通道间跃迁的能量会变得不同
" 该小组在佛罗里达州塔拉哈西的国家强磁场实验室进行了实验
他们展示了三人组的巷内和巷间腐烂路径
“我们的研究结果提供了单层WSe2中三子动力学更完整的多路径图像，”与刘拥有同等作者身份的Lui实验室研究生Jeremiah van说
“它们建立在现有的二维材料中三元组的单路描述的基础上，是推进基于三元组的瓦莱电子科技的关键
" 这篇发表在《物理评论快报》上的研究论文的题目是“单层WSe2中谷间暗激子和三子的多径光学复合”
“最近，由伦斯勒理工学院和华盛顿大学的科学家领导的另外两个研究小组报告了相关的结果
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