Band Valley Modification under Strain in Monolayer WSe2

Bài báo do nhóm tác giả TS. Trần Thị Nhàn- giảng viên Vật Lý- Khoa Khoa học cơ bản- Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội; TS. Đặng Minh Triết- Khoa sư phạm – Trường Đại học Cần Thơ; TS. Trần Quang Huy- Khoa Vật Lý- Trường Đại học Sư Phạm 2; TS. Lương Thị Thêu- Trường Đại học Hòa Bình; GS.TS Đinh Văn An- Trường Đại học Osaka đăng trên tạp chí AIP Advances của hiệp hội Vật Lý Mỹ tập 12 số 11 ngày 17 tháng 11 năm 2022.

Trong bài báo này, nhóm tác giả đã sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ vdW bán thực nghiệm để nghiên cứu sự biến đổi các vũng năng lượng, sự lai hóa quỹ đạo và sự xuất hiện hay biến mất của các exciton trong ML WSe2 khi bị biến dạng đẳng hướng. Đầu tiên, nhóm tác giả đã tính toán cấu trúc hình học và cấu trúc dải năng lượng của các điện tử trong WSe2 bằng sử dụng phiếm hàm gần đúng tổng quát (GGA) và năm phiếm hàm vdW bán thực nghiệm có tính đến hiệu ứng tương tác spin-quỹ đạo. Sau đó, nhóm tác giả sử dụng phiếm hàm optB88-vdW đưa ra các tham số mạng và độ rộng vùng cấm của WSe2 phù hợp nhất với thực nghiệm, để tính toán các cấu trúc điện tử. Nhóm tác giả đã hiển thị sự phân cực spin, sự đóng góp của các electron của các orbital tại các cực trị năng lượng gần mức Fermi và sự đa dạng của exciton trong WSe2 khi không bị biến dạng. Nhóm tác giả cũng đã nghiên cứu cấu trúc dải điện tử của ML WSe2 dưới biến dạng đẳng hướng. Sự biến dạng của các cực trị dải năng lượng, sự giảm của vùng cấm và sự chuyển từ bán dẫn có vùng cấm trực tiếp sang bán dẫn có vùng cấm gián tiếp dưới biến dạng nén đã được giải thích kỹ lưỡng trong bài báo này. Sự thay đổi mức độ lai hóa quỹ đạo cũng được đề cập đến. Dựa trên sự biến dạng các thung lũng điện tử do biến dạng gây ra, bài báo đã thảo luận về cơ chế dịch chuyển năng lượng, đối xứng hóa và thu hẹp đỉnh phổ phát xạ của các exciton sáng. Sự tăng cường cường độ của cộng hưởng exciton sáng khi kéo được tiết lộ. Hơn nữa, nhóm tác giả đã dự đoán xu hướng dịch chuyển năng lượng, mở rộng không đối xứng và giảm cường độ cộng hưởng exciton dưới biến dạng nén.

Abstract: We study the band valley modification induced by isotropic strain in monolayer WSe2 using the non-local van der Waals density functionals theory including the spin–orbit coupling effect. The dominant contributions of orbitals to the band extrema, spin splitting, and exciton diversity in monolayer WSe2 are visually displayed. The vertical shift of the d and p partial orbitals of W and Se atoms, respectively, at band edges under strain results in a notable reduction of the bandgap. Under tensile strain, the deformations of the band valleys lead to an additional appearance of optical excitons and the disappearance of momentum excitons. Therefore, the experimental observations of the changes in the radiation spectra such as the redshift of A and B excitons, blueshift of C and D excitons, enhancement of intensity, localization, and symmetrization of the exciton resonances can be explained thoroughly. Under compression, the band valley modification may lead to an additional appearance of momentum excitons and the disappearance of optical excitons. The compression is predicted to cause the blueshift of A and B excitons while it brings the redshift to C and D excitons. An asymmetric broadening and intensity de-enhancement of the exciton resonances are also found when a compression strain is applied. The modification of the band valleys can be explained by the enhancement/reduction of hybridization between orbitals under strain. These results offer new perspectives to comprehend the appearance/disappearance of the excitons in monolayer transition metal dichalcogenide materials upon mechanical perturbation.

Keyword: Band; Valley Modification; Strain; WSe2

Toàn văn bài báo được tại về tại đây: https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0127204