ひずみ誘発性間接から方向のバンドギャップの移行、フォトルミネッセンスの増強、および二重層の線幅の減少2

2次元（2D）層状材料は、機械的ひずみに対する材料特性の極端に高い機械的弾力性と敏感な依存性により、ひずみ制御を通じて電子および光学特性をエンジニアリングするための理想的なプラットフォームを提供します。この論文では、Bilayer Mote2フォトルミネッセンス（PL）のさまざまなスペクトル特徴に対する機械的ひずみの効果を調査するために、実験的および理論的な努力を組み合わせて作られました。Bilayer Mote2は、間接材料から直接バンドギャップ材料に株式工学を介して変換できることがわかりました。これにより、2.24倍のフォトルミネセンスの向上が生じることがわかりました。PLの90％以上は、適用された最大ひずみで直接励起子によって放出される光子から来ています。重要なことに、ひずみ効果がPLの全体的な線幅の減少に最大36.6％減少することを示しています。直接明るい励起子、トリオン、間接励起子など、さまざまな励起材品種間のひずみ誘発性の複雑な相互作用に、線幅の劇的な減少を起因します。直接および間接励起子の排出機能に関する実験結果は、第一原理の電子バンド構造計算に基づいた理論的励起子エネルギーによって説明されます。一貫した理論実験的傾向は、PLの強化と線幅の減少が、ひずみの増加に伴う直接励起子寄与の増加の結果であることを示しています。我々の結果は、株工学が単層のカウンターパートのそれに匹敵する二重層Mote2のPL品質につながる可能性があることを示しています。より長い放射波長の追加の利点により、シリコンの吸収が低下しているため、Bilayer Mote2がシリコンフォトニクスの統合により適しています。

Two-dimensional (2D) layered materials provide an ideal platform for engineering electronic and optical properties through strain control because of their extremely high mechanical elasticity and sensitive dependence of material properties on mechanical strain. In this paper, a combined experimental and theoretical effort is made to investigate the effects of mechanical strain on various spectral features of bilayer MoTe2 photoluminescence (PL). We found that bilayer MoTe2 can be converted from an indirect to a direct bandgap material through strain engineering, resulting in a photoluminescence enhancement by a factor of 2.24. Over 90% of the PL comes from photons emitted by the direct excitons at the maximum strain applied. Importantly, we show that strain effects lead to a reduction of the overall linewidth of PL by as much as 36.6%. We attribute the dramatic decrease of linewidth to a strain-induced complex interplay among various excitonic varieties such as direct bright excitons, trions, and indirect excitons. Our experimental results on direct and indirect exciton emission features are explained by theoretical exciton energies that are based on first-principles electronic band structure calculations. The consistent theory-experimental trend shows that the enhancement of PL and the reduction of linewidth are the consequences of the increasing direct exciton contribution with the increase of strain. Our results demonstrate that strain engineering can lead to a PL quality of the bilayer MoTe2 comparable to that of the monolayer counterpart. The additional benefit of a longer emission wavelength makes the bilayer MoTe2 more suitable for silicon-photonics integration due to the reduced silicon absorption.