Tussenlaagse excitonen in transitiemetaal dichalcogeniden (TMD's) van der Waals (vdW) heterostructuren vertonen fascinerende fysica en zijn veelbelovend voor de ontwikkeling van excitonische apparaten. Wetenschappers in China presenteren een systematisch en uitgebreid overzicht van de vorming van excitonen tussen de lagen, ontspanning, vervoer, en mogelijke toepassingen van TMD's vdW heterostructuren, om waardevolle begeleiding te bieden voor nieuwe onderzoekers op dit gebied en om de belangrijkste problemen in het veld te presenteren voor toekomstige diepgaande studies.

TMD's vdW heterostructuren bezitten over het algemeen een type-II banduitlijning die de vorming van tussenlaagse excitonen tussen samenstellende monolagen vergemakkelijkt. Manipulatie van de tussenlaagse excitonen in TMD's vdW heterostructuren zijn veelbelovend voor de ontwikkeling van excitonische geïntegreerde schakelingen die dienen als tegenhanger van elektronische geïntegreerde schakelingen, waarmee fotonen en excitonen onderling kunnen transformeren en zo optische communicatie en signaalverwerking op de geïntegreerde schakeling overbrugt. Bijgevolg, er zijn tal van onderzoeken uitgevoerd om een ​​diep inzicht te krijgen in de fysieke eigenschappen van tussenlaagse excitonen, inclusief de onthulling van hun ultrasnelle formatie, lange levensduur van populatierecombinatie, en intrigerende spin-vallei dynamiek. Deze uitstekende eigenschappen zorgen ervoor dat de tussenlaagse excitonen goede transporteigenschappen hebben en kunnen de weg vrijmaken voor hun potentiële toepassingen in efficiënte excitonische apparaten. Momenteel, een systematisch en alomvattend overzicht van deze fascinerende fysica evenals de opwindende toepassingen van tussenlaagse excitonen in TMD's vdW heterostructuren ontbreekt nog steeds en is zeer wenselijk voor de wetenschappelijke gemeenschap.

In een nieuw overzichtsartikel gepubliceerd in Lichtwetenschap en toepassingen , een team van wetenschappers, onder leiding van professor Anlian Pan van het Key Laboratory for Micro-Nano Physics and Technology van de provincie Hunan, School voor natuurkunde en elektronica, en College of Materials Science and Engineering, Hunan Universiteit, China, en medewerkers hebben een uitgebreide beschrijving en bespreking gegeven van de vorming van excitonen tussen de lagen, ontspanning, vervoer, en de mogelijke toepassingen in excitonische opto-elektronische apparaten, gebaseerd op TMD's vdW heterostructuren. Een vooruitzicht voor toekomstige kansen voor tussenlaagse excitonen in op TMD's gebaseerde heterostructuren werd ook in deze review gepresenteerd.

specifiek, de inhoud van deze recensie omvat vier secties. Het eerste deel besprak de banduitlijning, ultrasnelle ladingsoverdracht, en de vorming van excitonen tussen de lagen en de fundamentele eigenschappen ervan in TMD's vdW heterostructuren. Moiré tussenlaag excitonen, als een nieuw opgekomen onderzoekshotspot, werden ook in deze sectie beschreven.

De tweede sectie besprak de tussenlaagse excitonrelaxatieprocessen, inclusief de populatierecombinatiedynamiek, het intervalley-verstrooiingsproces, en de vallei-gepolariseerde dynamiek in TMD's vdW heterostructuren. De recombinatie-levensduren van tussenlaagse excitonen in verschillende TMD's vdW heterostructurele systemen werden samengevat, en de rol van moiré-superrooster op de levensduur van excitonen tussen de lagen werd ook in deze sectie besproken.

De derde sectie beoordeelde het transportgedrag van tussenlaagse excitonen in TMD's vdW heterostructuren, inclusief de tussenlaag exciton diffusie zonder extern elektrisch veld, het (vallei-gepolariseerde) tussenlaagse excitontransport met extern elektrisch veld, en de manipulatie van het tussenlaagse excitontransport onder verschillende potentiële landschappen zoals potentiële putten of barrières. Bovendien, de invloeden van de moiré-potentiaal en de atomaire reconstructies op het tussenlaagse excitontransport werden ook in deze sectie beschreven. Deze gerelateerde werken bieden een nieuwe manier om het excitontransportgedrag in potentiële excitonen te regelen.

Na een gedetailleerde beschrijving van de vorming van excitonen tussen de lagen, relaxatie- en transporteigenschappen in TMD's vdW heterostructuren, het laatste deel van deze recensie gaf een korte introductie van de mogelijke toepassingen van tussenlaagse excitonen in verschillende excitonische apparaten zoals excitonische schakelaars, lasers, en fotodetectoren. Kwantumlicht gebaseerd op moiré-gevangen tussenlaagse excitonen werd hier ook besproken. Hoe dan ook, het onderzoek naar excitonische apparaten op basis van tussenlaagse excitonen in TMD's vdW heterostructuren bevindt zich nog in de beginfase. Het verbeteren van de prestaties van de reeds ontwikkelde excitonische apparaten voor praktische toepassingen en het verkennen van meer functionele excitonische apparaten zoals golfgeleiders en modulatoren worden verwacht in verdere werkzaamheden. Bovendien, de integratie van individuele excitonische apparaten zoals lichtbronnen, schakelaars, modulatoren, en detectoren op een enkele chip is in de toekomst zeer waarschijnlijk en zeer wenselijk om de on-chip geïntegreerde opto-elektronica te realiseren op basis van tweedimensionale vdW-heterostructuren.