原子的に薄い半導体のトリオンフォトルミネセンスとトリオンの安定性

ドープされた単層半導体の光学応答は、トリオンによって支配されています。つまり、ドーピング電荷に結合した光励起電子ホールペアです。それらのフォトルミネセンス（PL）の署名は実験で特定されていますが、明るいトリオンのピークを一貫してキャプチャする微視的モデルはまだ不足しています。この作業では、直接およびフォノン支援の再結合メカニズムを考慮して、量子力学的な足場に一般化されたトリオンPL式を導き出します。TrionSchrödinger方程式を解くことにより、WSE_ {2}のトリオンエネルギーの風景を示します。等しい電荷間の質量の不均衡は、安定性の低いトリオンが小さな結合エネルギーを示し、興味深いことに、PLスペクトルの励起子ピークからの大きなエネルギー的なオフセットをもたらすことを明らかにします。さらに、nおよびpドープの単層の温度依存PLスペクトルを計算し、λポイントに電子を持つトリオンから発生するまだ観測されていない署名を予測します。私たちの作品は、安定性と光学指紋を決定するトリオンの内部構造の微視的な理解に向けた重要なステップを提示します。

The optical response of doped monolayer semiconductors is governed by trions, i.e. photoexcited electron-hole pairs bound to doping charges. While their photoluminescence (PL) signatures have been identified in experiments, a microscopic model consistently capturing bright and dark trion peaks is still lacking. In this work, we derive a generalized trion PL formula on a quantum-mechanical footing, considering direct and phonon-assisted recombination mechanisms. We show the trion energy landscape in WSe_{2} by solving the trion Schrödinger equation. We reveal that the mass imbalance between equal charges results in less stable trions exhibiting a small binding energy and, interestingly, a large energetic offset from exciton peaks in PL spectra. Furthermore, we compute the temperature-dependent PL spectra for n- and p-doped monolayers and predict yet unobserved signatures originating from trions with an electron at the Λ point. Our work presents an important step toward a microscopic understanding of the internal structure of trions determining their stability and optical fingerprint.