Stark effect in MoSe2 monolayer heterostructure

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The effect of a vertical electric field on photoluminescence of a MoSe2 monolayer encapsulated with hexagonal boron nitride is investigated. In the spectra, there is a quadratic shift of the photoluminescence lines of excitons and trions from the applied potential difference, as well as a change in their intensity. It is found that the magnitude of the Stark shift significantly exceeds the theoretically predicted one. It is found that the energy distance between the trion and exciton lines in the spectra varies with the magnitude of the external field, which is due to the dependence of the density of free charge carriers in the monolayer on the field. This effect made it possible to determine the density of free charge carriers in the monolayer, which varies with the field and lies in the range from 0.3–3.4⋅1012 cm–2.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. V. Chernenko

Osipyan Institute of Solid-State Physics of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: chernen@issp.ac.ru
Russian Federation, Chernogolovka

A. S. Brichkin

Osipyan Institute of Solid-State Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: chernen@issp.ac.ru
Russian Federation, Chernogolovka

G. M. Golyshkov

Osipyan Institute of Solid-State Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: chernen@issp.ac.ru
Russian Federation, Chernogolovka

References

  1. Ross J.S., Wu S., Wu H. et al. // Nature Commun. 2013. V. 4. P. 1474.
  2. Roch J.G., Leisgang N., Froehlicher G. et al. // Nano Lett. 2018. V. 18. P. 1070.
  3. Klein J., Wierzbowsk J., Regler A. et al. // Nano Lett. 2018. V. 18. P. 1070.
  4. Abraham N., Watanabe K., Taniguchi T., Majumdar K. // Phys. Rev. B. 2021. V. 103. No. 7. Art. No. 075430.
  5. Бричкин А.С., Голышков Г.М., Черненко А.В. // ЖЭТФ. 2023. Т. 163. P. 852; Brichkin A.S., Golyshkov G.M., Chernenko A.V. // JETP. 2023. V. 136. P. 760.
  6. Miller D.A.B., Chemla D.S., Damen T.C. et al. // Phys. Rev. B. 1985. V. 32. P. 1043.
  7. Pederson T.G. // Phys. Rev. B. 2016. V. 94. Art. No. 125424.
  8. Laturia A.M., Van de Put M., Vandenberghe W. et al. // NPJ2D Mater. Appl. 2018. V. 2. Art. No. 6.
  9. Chernikov A., van der Zande M.A., Hill H.M. et al. // Phys. Rev. Lett. 2015. V. 115. No. 2. Art. No. 126802.
  10. Sup Choi M., Lee G.H., Yu Y.J. et al. // Nature Commun. 2013. V. 4. P. 1624.
  11. Wang H., Wu Y., Cong C. et al. // ASC Nano. 2010. V. 4. P. 7221.
  12. Epping A., Banszerus L., Guettinger J. // J. Phys. Cond. Matter. 2018. V. 30. Art. No. 205001.
  13. Ju L., Velasco J., Huang E. et al. // Nature Nanotechnol. 2014. V. 9. P. 348.
  14. Lochmann T., von Klitzing K., Smet J.H. // Nano Lett. 2009. V. 9. P. 1973.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Schematic of the structure with contacts for application of vertical electric field (a). Photograph of the sample with contours of its constituent layers highlighted by colour lines (layer thicknesses: graphite 3 nm, bottom layer hBN100 nm, monolayer MoSe2 0.3 nm, top hBN10 nm, multilayer graphene 1 nm) before sputtering of contacts (b)

Download (554KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. FL spectra at two different points of the sample with a single exciton (X) line (a), with two lines, exciton (X) and trion (T) (b) at different values of Vg, at T = 13 K and power density W = 15.6 kW/cm2

Download (354KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Series of FL spectra recorded in the temperature range 13-136 K, at constant laser excitation density W = 15.6 kW/cm2 at Vg = 0 V

Download (135KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Stark shifts of the exciton FL lines in the absence of the trion (a) and in the presence of the trion (b) at temperature T = 13 K and constant pumping. Solid lines indicate fitting curves corresponding to the expression ΔE = (-1/2) αF2 + E0, where E0 is a constant. Black and red colours indicate the results obtained for different directions of electric field variation

Download (276KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of the energy interval ET-X (V) between the trion T and exciton X lines on the potential difference on the capacitor liners Vg obtained at T = 13 K and constant laser pumping density

Download (72KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

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».