单层过渡金属硫化物中的两个自旋分裂谷（spin-split valley）通过自旋、谷量子数能够对丰富的激子种类进行区分。虽然自旋-0的谷内激子（通常被称为“明亮”激子）能够轻松的观测导，但是其他类型的（比如自旋-1的自旋暗谷内激子，自旋-0的动量暗谷内激子）难以在实验中观测。因此，麻省大学阿默斯特分校Jun Yan，Amir Arbabi等报道了一种波导耦合的单层WSe₂器件中表征这种难以观测的激子。特别是，耦合到原子层WSe₂中的面外偶极矩能够实现有效的收集自旋-1的暗激子，这使得开发具有较长谷寿命的器件有更大的可能性。这个工作展示了几种通过上转换方法进行将自旋-0和自旋-1的谷内、谷间激子建立联系，展示了原子层材料中的谷内散射、自旋翻转过程的普遍存在。

本文要点

（1）

作者在单层WSe₂中发现了X_d-X_i^r的下转换过程和X_i^r -X_d的上转换过程，进一步说明了暗激子和谷间激子能够有效的进行相互转换。虽然三种不同激子具有不同的自旋性质、谷性质，在过渡金属硫化物单层材料中这些量子数能够进行有效的转换。在非常低的温度和具有较大动量的声子占比较少时，激子同样能够用数十meV的能量实现上转化形成其他类型激子，并且能进行谷、自旋调控。此外，作者认为本实验中无法观测到的谷间自旋翻转激子、间接激子由K点附近的空穴和K点-布里渊区中心之间的电子形成。并且这种激子的能量同样低于亮激子，可能同样和其他三种激子同时存在。

参考文献

Yueh-Chun Wu, Sarath Samudrala, Andrew McClung, Takashi Taniguchi, Kenji Watanabe, Amir Arbabi*, and Jun Yan*

Up- and Down-Conversion between Intra- and Inter-Valley Excitons in Waveguide Coupled Monolayer WSe₂, ACS Nano 2020

DOI：10.1021/acsnano.0c04397

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c04397