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物理学 > 应用物理

arXiv:2509.03209 (physics)
[提交于 2025年9月3日 (v1) ,最后修订 2025年9月4日 (此版本, v2)]

标题: TMD合金单层中激子跃迁对温度的敏感性

标题: Sensitivity of excitonic transitions to temperature in monolayers of TMD alloys

Authors:Karolina Ciesiołkiewicz-Klepek, Jan Kopaczek, Jarosław Serafińczuk, Robert Kudrawiec
摘要: 二维过渡金属二硫属化物(TMDs)提供了可调节的光学和电子特性,使其在下一代光电器件中具有高度前景。 一种有效工程这些特性的方法是通过合金化,这使得能够连续控制带隙能量和激子跃迁。 在本研究中,我们在单层Mo1-xWxS2和Mo(S1-xSex)2合金上进行温度相关的透射光谱测量,这些合金被转移到光纤核心上,并在20-320 K的温度范围内进行测量。使用全光纤配置使我们能够以高稳定性和精度探测带间跃迁A、B和C。 我们观察到随着Se含量的增加,激子跃迁出现系统性红移,而当Mo被W取代时则出现蓝移。这些光谱位移与合金组成相关,并能够在室温下将带隙能量调节在1.6 eV至2.0 eV之间。 此外,我们分析了激子跃迁的温度敏感性,结果表明Se的引入以非单调的方式增强了热响应,而W的取代则导致更单调且更强的温度依赖性。 与自旋轨道耦合相关的A和B跃迁之间的分裂也随组成变化。 我们的研究结果强调了在二维TMD合金中成分工程的潜力,以实现光学特性的光谱和热控制,这对于设计稳健和可调的光电器件具有重要意义。
摘要: Two-dimensional transition metal dichalcogenides (TMDs) offer tunable optical and electronic properties, making them highly promising for next-generation optoelectronic devices. One effective approach to engineering these properties is through alloying, which enables continuous control over the bandgap energy and excitonic transitions. In this study, we perform temperature-dependent transmission spectroscopy on monolayers of Mo1-xWxS2 and Mo(S1-xSex)2 alloys, transferred onto the core of an optical fiber and measured within a cryostat over a temperature range of 20-320 K. The use of an all-fiber configuration allowed us to probe interband transitions A, B, and C with high stability and precision. We observe a systematic redshift of excitonic transitions with increasing Se content, and a blueshift when Mo is replaced with W. These spectral shifts correlate with alloy composition and enable the tuning of bandgap energies between 1.6 eV and 2.0 eV at room temperature. Furthermore, we analyze the temperature sensitivity of the excitonic transitions, revealing that Se incorporation enhances thermal response in a non-monotonic manner, while W substitution results in a more monotonic and stronger temperature dependence. The splitting between A and B transitions, associated with spin-orbit coupling, also varies with composition. Our findings underscore the potential of compositional engineering in 2D TMD alloys to achieve both spectral and thermal control of optical properties, relevant for the design of robust and tunable optoelectronic systems.
主题: 应用物理 (physics.app-ph)
引用方式: arXiv:2509.03209 [physics.app-ph]
  (或者 arXiv:2509.03209v2 [physics.app-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2509.03209
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Karolina Ciesiołkiewicz-Klepek [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 9 月 3 日 10:59:12 UTC (1,968 KB)
[v2] 星期四, 2025 年 9 月 4 日 10:49:45 UTC (1,980 KB)
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