摘要
在新型二维过渡金属硫族化合物(TMDS)中，二维受限效应和较弱的介电屏蔽效应导致激子结合能比传统材料高一个数量级，这一特性使激子主导了层状TMDS材料的基本光学性质。因此，二维TMDS中激子结合能的研究是当前该领域的热点问题。 本文主要考虑了层间激子与光学声子耦合作用情况，对置于不同环境下，双层TMDS材料中层间激子的基本性质进行了研究。具体采用Lee-Low-Pines(LLP)幺正变换的方法，系统地研究了层间激子分别与体纵光学(LO)声子和表面光学(SO)声子耦合的作用对层间激子结合能和库仑势的影响。 首先，本文研究了层间激子-LO声子耦合作用对层间激子结合能的影响。在范德瓦尔斯异质结模型的基础上，给出层间激子-LO声子耦合系统的哈密顿量，并对其进行LLP幺正变换，通过计算，得到结合能的修正。研究发现：层间激子-LO声子耦合作用导致层间激子结合能降低了17meV～25meV，并且可以通过调控层间距离、极化参数来调节层间激子结合能。此外，层间激子结合能的修正使激子气凝聚的临界温度明显升高。 其次，本文研究了层间激子-SO声子耦合作用对层间激子结合能的影响。研究发现：在三明治型MX2/h-BN/MX2异质结中，层间激子-SO声子耦合作用可以使层间激子结合能修正28meV～31meV，这取决于层间距离、介质层的层数和内部距离。结合能的显著变化同样导致层间激子气玻色凝聚临界温度在很大范围内调节。 最后，本文研究了双层TMDS材料中层间激子-光学声子(包括LO声子和SO声子)耦合作用对层间激子作用势的影响，并对比了修正后的库仑势与Keldysh势。研究发现：激子-光学声子耦合作用使库仑势明显减弱，修正后的层间激子库仑势接近Keldysh势。 这些理论结果为实验中对层间激子结合能和作用势的调控提供了理论依据，也对基于TMDS材料光电器件的设计有一定的指导意义。
NETL