СВЕРХБЫСТРЫЙ ТРАНСПОРТ ЭКСИТОНОВ В ВАН-ДЕР-ВААЛЬСОВЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Экситоны в ван-дер-ваальсовых гетероструктурах на основе атомарно-тонких дихалькогенидов переходных металлов рассматриваются в качестве потенциальных кандидатов для формирования сверхтекучего состояния в двумерных системах. В ряде работ сообщалось о наблюдении сверхбыстрого недиффузионного распространения экситонов в ван-дер-ваальсовых гетероструктурах, которое рассматривалось их авторами как возможное свидетельство коллективных эффектов в экситонных системах. В данной статье после краткого анализа режимов экситонного распространения в двумерных полупроводниках предлагается альтернативная модель сверхбыстрого транспорта экситонов, основанная на формировании волноводных мод в ван-дер-ваальсовых гетероструктурах и распространении излучения по этим модам.
Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 130-летию П. Л. Капицы.

Об авторах

М. М. Глазов

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук

Email: glazov@coherent.ioffe.ru
Россия, Санкт-Петебург

Р. А. Сурис

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: glazov@coherent.ioffe.ru
Россия, Санкт-Петебург

Список литературы

  1. P. Kapitza, Nature 141, 74 (1938).
  2. J. F. Allen and A. D. Misener, Nature 141, 75 (1938).
  3. L. D. Landau, J. Phys. (USSR) 5, 71 (1941).
  4. N. N. Bogolyubov, J. Phys. (USSR) 11, 23 (1947).
  5. R. P. Feynman, Phys. Rev. 91, 1291 (1953).
  6. Oliver Penrose and Lars Onsager, Phys. Rev. 104, 576 (1956).
  7. L.P. Pitaevskii and S. Stringari, Bose-Einstein Condensation, Clarendon Press, Oxford (2003).
  8. J. Frenkel, Phys. Rev. 37, 17 (1931).
  9. G. H. Wannier, Phys. Rev. 52, 191 (1937).
  10. N. F. Mott, Proc. Roy. Soc. A 167, 384 (1938).
  11. E. F. Gross and N. A. Karrjew, Dokl. Akad. Nauk SSSR 84, 471 (1952).
  12. S. A. Moskalenko, Sov. Phys. Solid State 4, 199 (1962).
  13. J. M. Blatt, K. W. B¨oer, and W. Brandt, Phys. Rev. 126, 1691 (1962).
  14. L. V. Keldysh and A. N. Kozlov, Sov. Phys. JETP 27, 521 (1968).
  15. V. A. Gergel’, R. F. Kazarinov, and R. A. Suris, Sov. Phys. JETP 27, 159 (1968).
  16. V. M. Agranovich and B. S. Toshich, Sov. Phys. JETP 26, 104 (1968).
  17. V. L. Berezinskiˇı, Sov. Phys. JETP 32, 493 (1971).
  18. J. M. Kosterlitz and D. J. Thouless, J. Phys. C 6, 1181 (1973).
  19. Yu. E. Lozovik and V. I. Yudson, JETP Lett. 22, 274 (1975).
  20. L. V. Butov, A. Zrenner, G. Abstreiter, G. B¨ohm, and G. Weimann, Phys. Rev. Lett. 73, 304 (1994).
  21. L. V. Butov, J. Phys.: Condens. Matter. 16, R1577 (2004).
  22. A. V. Gorbunov and V. B. Timofeev, JETP Lett. 84, 329 (2006).
  23. J. Kasprzak, M. Richard, S. Kundermann, A. Baas, P. Jeambrun, J. M. J. Keeling, F. M. Marchetti, M. H. Szymanska, R. Andr´e, J. L. Staehli, V. Savona, P. B. Littlewood, B. Deveaud, and Le Si Dang, Nature 443, 409 (2006).
  24. S. Christopoulos, G. Baldassarri H¨oger von H¨ogersthal, A. J. D. Grundy, P. G. Lagoudakis, A. V. Kavokin, J. J. Baumberg, G. Christmann, R. Butt´e, E. Feltin, J.-F. Carlin, and N. Grandjean, Phys. Rev. Lett. 98, 126405 (2007).
  25. K. G. Lagoudakis, M. Wouters, M. Richard, A. Baas, I. Carusotto, R. Andre, Le Si Dang, and B. DeveaudPledran, Nat. Phys. 4, 706 (2008).
  26. A. Amo, D. Sanvitto, F. P. Laussy, D. Ballarini, E. del Valle, M. D. Martin, A. Lemaitre, J. Bloch, D. N. Krizhanovskii, M. S. Skolnick, C. Tejedor, and L. Vina, Nature 457, 291 (2009).
  27. V. V. Belykh, N. N. Sibeldin, V. D. Kulakovskii, M. M. Glazov, M. A. Semina, C. Schneider, S. H¨ofling, M. Kamp, and A. Forchel, Phys. Rev. Lett. 110, 137402 (2013).
  28. M. Stern, V. Umansky, and I. Bar-Joseph, Science 343, 55 (2014).
  29. Y. Shilo, K. Cohen, B. Laikhtman, K. West, L. Pfeiffer, and R. Rapaport, Nat. Commun. 4, 2335 (2013).
  30. S. Misra, M. Stern, A. Joshua, V. Umansky, and I. Bar-Joseph, Phys. Rev. Lett. 120, 047402 (2018).
  31. I. Carusotto and C. Ciuti, Rev. Mod. Phys. 85, 299 (2013).
  32. A. Kavokin, J. J. Baumberg, G. Malpuech, and F. P. Laussy, Microcavities, Oxford Univ. Press, UK (2011).
  33. Exciton Polaritons in Microcavities, ed. by V. Timofeev and D. Sanvitto, Springer, Berlin (2012).
  34. M. M. Glazov and R. A. Suris, Physics-Uspekhi 63, 1051 (2020).
  35. A. K. Geim and I. V. Grigorieva, Nature 499, 419 (2013).
  36. A. V. Kolobov and J. Tominaga. Two-Dimensional Transition-Metal Dichalcogenides. Springer Intern. Publ., Switzerland (2016).
  37. C. Schneider, M. M. Glazov, T. Korn, S. H¨ofling, and B. Urbaszek, Nat. Commun. 9, 2695 (2018).
  38. A. Splendiani, L. Sun, Y. Zhang, T. Li, J. Kim, C.-Y. Chim, G. Galli, and F. Wang, Nano Lett. 10, 1271 (2010).
  39. K. F. Mak, C. Lee, J. Hone, J. Shan, and T. F. Heinz, Phys. Rev. Lett. 105, 136805 (2010).
  40. M. Selig, G. Bergh¨auser, A. Raja, P. Nagler, C. Sch¨uller, T. F. Heinz, T. Korn, A. Chernikov, E. Malic, and A. Knorr, Nat. Commun. 7, 13279 (2016).
  41. G. Wang, A. Chernikov, M. M. Glazov, T. F. Heinz, X. Marie, T. Amand, and B. Urbaszek, Rev. Mod. Phys. 90, 021001 (2018).
  42. M. V. Durnev and M. M. Glazov, Physics-Uspekhi 61, 825 (2018).
  43. M. M. Glazov and E. L. Ivchenko, JETP Lett. 113, 7 (2021).
  44. M. A. Semina and R. A. Suris, Physics-Uspekhi 65, 111 (2022).
  45. M. M. Fogler, L. V. Butov, and K. S. Novoselov, Nat. Commun. 5, 4555 (2014).
  46. O. L. Berman and R. Ya. Kezerashvili, Phys. Rev. B 93, 245410 (2016).
  47. S. Conti, M. Van der Donck, A. Perali, F. M. Peeters, and D. Neilson, Phys. Rev. B 101, 220504 (2020).
  48. A. Chernikov and M. M. Glazov, in 2D Excitonic Materials and Devices, Ch. Exciton Diffusion in 2D van der Waals Semiconductors, ed. by P. B. Deotare and Z. Mi, Elsevier, Amsterdam (2023).
  49. E. Malic, R. Perea-Causin, R. Rosati, D. Erkensten, and S. Brem, Nat. Commun. 14, 3430 (2023).
  50. L. H. Fowler-Gerace, D. J. Choksy, and L. V. Butov, Phys. Rev. B 104, 165302 (2021).
  51. L. H. Fowler-Gerace, Zhiwen Zhou, E. A. Szwed, and L. V. Butov, preprint arXiv:2204.09760 (2022).
  52. L. H. Fowler-Gerace, Zhiwen Zhou, E. A. Szwed, D. J. Choksy, and L. V. Butov, preprint arXiv:2307.00702 (2023).
  53. D. Beret, L. Ren, C. Robert, L. Foussat, P. Renucci, D. Lagarde, A. Balocchi, T. Amand, B. Urbaszek, K. Watanabe, T. Taniguchi, X. Marie, and L. Lombez, Phys. Rev. B 107, 045420 (2023).
  54. A. G. del Aguila, Y. R. Wong, I. Wadgaonkar, ´ A. Fieramosca, X. Liu, K. Vaklinova, S. Dal Forno, T. T. Ha Do, H. Y. Wei, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. S. Novoselov, M. Koperski, M. Battiato, and Q. Xiong, Nat. Nano. 18, 1012 (2023).
  55. M. M. Glazov, Nat. Nano. 18, 972 (2023).
  56. T. Tamir, ed., Guided-Wave Optoelectronics, Springer, Berlin (1988).
  57. K. J. Ebeling, Integrated Optoelectronics, Springer, Berlin (1993).
  58. C. H. Henry, G. E. Blonder, and R. F. Kazarinov, J. Lightwave Technol. 7, 1530 (1989).
  59. F. Fedichkin, T. Guillet, P. Valvin, B. Jouault, C. Brimont, T. Bretagnon, L. Lahourcade, N. Grandjean, P. Lefebvre, and M. Vladimirova, Phys. Rev. Appl. 6, 014011 (2016).
  60. Q. Guo, B. Wu, R. Du, J. Ji, K. Wu, Y. Li, Z. Shi, S. Zhang, and H. Xu, ACS Photonics 9, 2817 (2022).
  61. A. N. Osipov, I. V. Iorsh, A. V. Yulin, and I. A. Shelykh, Phys. Rev. B 108, 104202 (2023).
  62. P.Back, S. Zeytinoglu, A. Ijaz, M.Kroner, and A. Imamo˘glu, Phys. Rev. Lett. 120, 037401 (2018).
  63. J. Horng, Y.-H. Chou, T.-C. Chang, C.-Y. Hsu, T.-C. Lu, and H. Deng, Optica 6, 1443 (2019).
  64. H. H. Fang, B. Han, C. Robert, M. A. Semina, D. Lagarde, E. Courtade, T. Taniguchi, K. Watanabe, T. Amand, B. Urbaszek, M. M. Glazov, and X. Marie, Phys. Rev. Lett. 123, 067401 (2019).
  65. L. Ren, C. Robert, M. Glazov, M. Semina, T. Amand, L. Lombez, D. Lagarde, T. Taniguchi, K. Watanabe, and X. Marie, Phys. Rev. Lett. 131, 116901 (2023).
  66. I. A. Eliseyev, B. R. Borodin, D. R. Kazanov, A. V. Poshakinskiy, M. Remˇskar, S. I. Pavlov, L. V.Kotova, P. A. Alekseev, A. V. Platonov, V. Yu.Davydov, and T. V. Shubina, Adv. Opt. Mater. 11, 2202782 (2023).
  67. F. Cadiz, E. Courtade, C. Robert, G. Wang, Y. Shen, H. Cai, T. Taniguchi, K. Watanabe, H. Carrere, D. Lagarde, M. Manca, T. Amand, P. Renucci, S. Tongay, X. Marie, and B. Urbaszek, Phys. Rev. X 7, 021026 (2017).
  68. D. Christiansen, M. Selig, G. Bergh¨auser, R. Schmidt, I. Niehues, R. Schneider, A. Arora, S. M. de Vasconcellos, R. Bratschitsch, E. Malic, and A. Knorr, Phys. Rev. Lett. 119, 187402 (2017).
  69. S. Shree, M. Semina, C. Robert, B. Han, T. Amand, A. Balocchi, M. Manca, E. Courtade, X. Marie, T. Taniguchi, K. Watanabe, M. M. Glazov, and B. Urbaszek, Phys. Rev. B 98, 035302 (2018).
  70. M. M. Glazov, Phys. Rev. Lett. 124, 166802 (2020).
  71. M. M. Glazov, Z. A. Iakovlev, and S. RefaelyAbramson, Appl. Phys. Lett. 121, 192106 (2022).
  72. K. Wagner, J. Zipfel, R. Rosati, E. Wietek, J. D. Ziegler, S. Brem, R. Perea-Caus´ın, T. Taniguchi, K. Watanabe, M. M. Glazov, E. Malic, and A. Chernikov, Phys. Rev. Lett. 127, 076801 (2021).
  73. K. Wagner, Z. A. Iakovlev, J. D. Ziegler, M. Cuccu, T. Taniguchi, K. Watanabe, M. M. Glazov, and A. Chernikov, Nano Lett. 23, 4708 (2023).
  74. E. Wietek, M. Florian, J. G¨oser, T. Taniguchi, K. Watanabe, A. H¨ogele, M. M. Glazov, A. Steinhoff, and A. Chernikov, Phys. Rev. Lett. 132, 016202 (2024).
  75. M. Danovich, V. Z´olyomi, V. I Fal’ko, and I. L. Aleiner, 2D Mater. 3, 035011 (2016).
  76. G. Moody, J. Schaibley, and X. Xu, J. Opt. Soc. Am. B 33, C39 (2016).
  77. M. Manca, M. M. Glazov, C. Robert, F. Cadiz, T. Taniguchi, K. Watanabe, E. Courtade, T. Amand, P. Renucci, X. Marie, G. Wang, and B. Urbaszek, Nat. Commun. 8, 14927 (2017).
  78. B. Han, C. Robert, E. Courtade, M. Manca, S. Shree, T. Amand, P. Renucci, T. Taniguchi, K. Watanabe, X. Marie, L. E. Golub, M. M. Glazov, and B. Urbaszek, Phys. Rev. X 8, 031073 (2018).
  79. K.-Q. Lin, C. S. Ong, S. Bange, P. E. Faria Jr., B. Peng, J. D. Ziegler, J. Zipfel, C. B¨auml, N. Paradiso, K. Watanabe, T. Taniguchi, C. Strunk, B. Monserrat, J. Fabian, A. Chernikov, D. Y. Qiu, S. G. Louie, and J. M. Lupton, Nat. Commun. 12, 5500 (2021).
  80. M. Kulig, J. Zipfel, P. Nagler, S. Blanter, C. Sch¨uller, T. Korn, N. Paradiso, M. M. Glazov, and A. Chernikov, Phys. Rev. Lett. 120, 207401 (2018).
  81. D. F. Cordovilla Leon, Z. Li, S. W. Jang, and P. B. Deotare, Phys. Rev. B 100, 241401 (2019).
  82. F. Tagarelli, E. Lopriore, D. Erkensten, R. PereaCaus´ın, S. Brem, J. Hagel, Z. Sun, G. Pasquale, K. Watanabe, T. Taniguchi, E. Malic, and A. Kis, Nat. Phot. 17, 615 (2023).
  83. J. Zipfel, M. Kulig, R. Perea-Caus´ın, S. Brem, J. D. Ziegler, R. Rosati, T. Taniguchi, K. Watanabe, M. M. Glazov, E. Malic, and A. Chernikov, Phys. Rev. B 101, 115430 (2020).
  84. R. Perea-Caus´ın, S. Brem, R. Rosati, R. Jago, M. Kulig, J. D. Ziegler, J. Zipfel, A. Chernikov, and E. Malic, Nano Lett. 19, 7317 (2019).
  85. M. M. Glazov, Phys. Rev. B 100, 045426 (2019).
  86. A. Filinov, N. V. Prokof’ev, and M. Bonitz, Phys. Rev. Lett. 105, 070401 (2010).
  87. E. A. Kuznetsov and M. Yu. Kagan, Theor. Math. Phys. 202, 399 (2020).
  88. Lucio Claudio Andreani and Franco Bassani, Phys. Rev. B 41, 7536 (1990).
  89. S. V. Goupalov, E. L. Ivchenko, and A. V. Kavokin, JETP 86, 388 (1998)].
  90. E. L. Ivchenko, Optical Spectroscopy of Semiconductor Nanostructures, Alpha Science, Harrow UK (2005).
  91. M. M. Glazov, T. Amand, X. Marie, D. Lagarde, L. Bouet, and B. Urbaszek, Phys. Rev. B 89, 201302 (2014).
  92. H. Yu, G.-B. Liu, P. Gong, X. Xu, and W. Yao, Nat. Commun. 5, 3876 (2014).
  93. M. M. Glazov, E. L. Ivchenko, G. Wang, T. Amand, X. Marie, B. Urbaszek, and B. L. Liu, Phys. Stat. Sol. (b) 252, 2349 (2015).
  94. V. M. Agranovich and M. D. Galanin, Electronic Excitation Energy Transfer in Condensed Matter, North-Holland Publishing Company, Amsterdam (1982).
  95. A. I. Prazdnichnykh, M. M. Glazov, L. Ren, C. Robert, B. Urbaszek, and X. Marie, Phys. Rev. B 103, 085302 (2021).
  96. C. Robert, M. A. Semina, F. Cadiz, M. Manca, E. Courtade, T. Taniguchi, K. Watanabe, H. Cai, S. Tongay, B. Lassagne, P. Renucci, T. Amand, X. Marie, M. M. Glazov, and B. Urbaszek, Phys. Rev. Mater. 2, 011001 (2018).
  97. K. L. Koshelev, S. K. Sychev, Z. F. Sadrieva, A. A. Bogdanov, and I. V. Iorsh, Phys. Rev. B 98, 161113 (2018).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».