SVERKhBYSTRYY TRANSPORT EKSITONOV V VAN-DER-VAAL'SOVYKh GETEROSTRUKTURAKh

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Экситоны в ван-дер-ваальсовых гетероструктурах на основе атомарно-тонких дихалькогенидов переходных металлов рассматриваются в качестве потенциальных кандидатов для формирования сверхтекучего состояния в двумерных системах. В ряде работ сообщалось о наблюдении сверхбыстрого недиффузионного распространения экситонов в ван-дер-ваальсовых гетероструктурах, которое рассматривалось их авторами как возможное свидетельство коллективных эффектов в экситонных системах. В данной статье после краткого анализа режимов экситонного распространения в двумерных полупроводниках предлагается альтернативная модель сверхбыстрого транспорта экситонов, основанная на формировании волноводных мод в ван-дер-ваальсовых гетероструктурах и распространении излучения по этим модам. Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 130-летию П. Л. Капицы

About the authors

M. M. Glazov

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук

Email: glazov@coherent.ioffe.ru
Санкт-Петебург, Россия

R. A. Suris

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук

Санкт-Петебург, Россия

References

  1. P. Kapitza, Nature 141, 74 (1938).
  2. J. F. Allen and A. D. Misener, Nature 141, 75 (1938).
  3. L. D. Landau, J. Phys. (USSR) 5, 71 (1941).
  4. N. N. Bogolyubov, J. Phys. (USSR) 11, 23 (1947).
  5. R. P. Feynman, Phys. Rev. 91, 1291 (1953).
  6. Oliver Penrose and Lars Onsager, Phys. Rev. 104, 576 (1956).
  7. L.P. Pitaevskii and S. Stringari, Bose-Einstein Condensation, Clarendon Press, Oxford (2003).
  8. J. Frenkel, Phys. Rev. 37, 17 (1931).
  9. G. H. Wannier, Phys. Rev. 52, 191 (1937).
  10. N. F. Mott, Proc. Roy. Soc. A 167, 384 (1938).
  11. E. F. Gross and N. A. Karrjew, Dokl. Akad. Nauk SSSR 84, 471 (1952).
  12. S. A. Moskalenko, Sov. Phys. Solid State 4, 199 (1962).
  13. J. M. Blatt, K. W. B¨oer, and W. Brandt, Phys. Rev. 126, 1691 (1962).
  14. L. V. Keldysh and A. N. Kozlov, Sov. Phys. JETP 27, 521 (1968).
  15. V. A. Gergel’, R. F. Kazarinov, and R. A. Suris, Sov. Phys. JETP 27, 159 (1968).
  16. V. M. Agranovich and B. S. Toshich, Sov. Phys. JETP 26, 104 (1968).
  17. V. L. Berezinskiˇı, Sov. Phys. JETP 32, 493 (1971).
  18. J. M. Kosterlitz and D. J. Thouless, J. Phys. C 6, 1181 (1973).
  19. Yu. E. Lozovik and V. I. Yudson, JETP Lett. 22, 274 (1975).
  20. L. V. Butov, A. Zrenner, G. Abstreiter, G. B¨ohm, and G. Weimann, Phys. Rev. Lett. 73, 304 (1994).
  21. L. V. Butov, J. Phys.: Condens. Matter. 16, R1577 (2004).
  22. A. V. Gorbunov and V. B. Timofeev, JETP Lett. 84, 329 (2006).
  23. J. Kasprzak, M. Richard, S. Kundermann, A. Baas, P. Jeambrun, J. M. J. Keeling, F. M. Marchetti, M. H. Szymanska, R. Andr´e, J. L. Staehli, V. Savona, P. B. Littlewood, B. Deveaud, and Le Si Dang, Nature 443, 409 (2006).
  24. S. Christopoulos, G. Baldassarri H¨oger von H¨ogersthal, A. J. D. Grundy, P. G. Lagoudakis, A. V. Kavokin, J. J. Baumberg, G. Christmann, R. Butt´e, E. Feltin, J.-F. Carlin, and N. Grandjean, Phys. Rev. Lett. 98, 126405 (2007).
  25. K. G. Lagoudakis, M. Wouters, M. Richard, A. Baas, I. Carusotto, R. Andre, Le Si Dang, and B. DeveaudPledran, Nat. Phys. 4, 706 (2008).
  26. A. Amo, D. Sanvitto, F. P. Laussy, D. Ballarini, E. del Valle, M. D. Martin, A. Lemaitre, J. Bloch, D. N. Krizhanovskii, M. S. Skolnick, C. Tejedor, and L. Vina, Nature 457, 291 (2009).
  27. V. V. Belykh, N. N. Sibeldin, V. D. Kulakovskii, M. M. Glazov, M. A. Semina, C. Schneider, S. H¨ofling, M. Kamp, and A. Forchel, Phys. Rev. Lett. 110, 137402 (2013).
  28. M. Stern, V. Umansky, and I. Bar-Joseph, Science 343, 55 (2014).
  29. Y. Shilo, K. Cohen, B. Laikhtman, K. West, L. Pfeiffer, and R. Rapaport, Nat. Commun. 4, 2335 (2013).
  30. S. Misra, M. Stern, A. Joshua, V. Umansky, and I. Bar-Joseph, Phys. Rev. Lett. 120, 047402 (2018).
  31. I. Carusotto and C. Ciuti, Rev. Mod. Phys. 85, 299 (2013).
  32. A. Kavokin, J. J. Baumberg, G. Malpuech, and F. P. Laussy, Microcavities, Oxford Univ. Press, UK (2011).
  33. Exciton Polaritons in Microcavities, ed. by V. Timofeev and D. Sanvitto, Springer, Berlin (2012).
  34. M. M. Glazov and R. A. Suris, Physics-Uspekhi 63, 1051 (2020).
  35. A. K. Geim and I. V. Grigorieva, Nature 499, 419 (2013).
  36. A. V. Kolobov and J. Tominaga. Two-Dimensional Transition-Metal Dichalcogenides. Springer Intern. Publ., Switzerland (2016).
  37. C. Schneider, M. M. Glazov, T. Korn, S. H¨ofling, and B. Urbaszek, Nat. Commun. 9, 2695 (2018).
  38. A. Splendiani, L. Sun, Y. Zhang, T. Li, J. Kim, C.-Y. Chim, G. Galli, and F. Wang, Nano Lett. 10, 1271 (2010).
  39. K. F. Mak, C. Lee, J. Hone, J. Shan, and T. F. Heinz, Phys. Rev. Lett. 105, 136805 (2010).
  40. M. Selig, G. Bergh¨auser, A. Raja, P. Nagler, C. Sch¨uller, T. F. Heinz, T. Korn, A. Chernikov, E. Malic, and A. Knorr, Nat. Commun. 7, 13279 (2016).
  41. G. Wang, A. Chernikov, M. M. Glazov, T. F. Heinz, X. Marie, T. Amand, and B. Urbaszek, Rev. Mod. Phys. 90, 021001 (2018).
  42. M. V. Durnev and M. M. Glazov, Physics-Uspekhi 61, 825 (2018).
  43. M. M. Glazov and E. L. Ivchenko, JETP Lett. 113, 7 (2021).
  44. M. A. Semina and R. A. Suris, Physics-Uspekhi 65, 111 (2022).
  45. M. M. Fogler, L. V. Butov, and K. S. Novoselov, Nat. Commun. 5, 4555 (2014).
  46. O. L. Berman and R. Ya. Kezerashvili, Phys. Rev. B 93, 245410 (2016).
  47. S. Conti, M. Van der Donck, A. Perali, F. M. Peeters, and D. Neilson, Phys. Rev. B 101, 220504 (2020).
  48. A. Chernikov and M. M. Glazov, in 2D Excitonic Materials and Devices, Ch. Exciton Diffusion in 2D van der Waals Semiconductors, ed. by P. B. Deotare and Z. Mi, Elsevier, Amsterdam (2023).
  49. E. Malic, R. Perea-Causin, R. Rosati, D. Erkensten, and S. Brem, Nat. Commun. 14, 3430 (2023).
  50. L. H. Fowler-Gerace, D. J. Choksy, and L. V. Butov, Phys. Rev. B 104, 165302 (2021).
  51. L. H. Fowler-Gerace, Zhiwen Zhou, E. A. Szwed, and L. V. Butov, preprint arXiv:2204.09760 (2022).
  52. L. H. Fowler-Gerace, Zhiwen Zhou, E. A. Szwed, D. J. Choksy, and L. V. Butov, preprint arXiv:2307.00702 (2023).
  53. D. Beret, L. Ren, C. Robert, L. Foussat, P. Renucci, D. Lagarde, A. Balocchi, T. Amand, B. Urbaszek, K. Watanabe, T. Taniguchi, X. Marie, and L. Lombez, Phys. Rev. B 107, 045420 (2023).
  54. A. G. del Aguila, Y. R. Wong, I. Wadgaonkar, ´ A. Fieramosca, X. Liu, K. Vaklinova, S. Dal Forno, T. T. Ha Do, H. Y. Wei, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. S. Novoselov, M. Koperski, M. Battiato, and Q. Xiong, Nat. Nano. 18, 1012 (2023).
  55. M. M. Glazov, Nat. Nano. 18, 972 (2023).
  56. T. Tamir, ed., Guided-Wave Optoelectronics, Springer, Berlin (1988).
  57. K. J. Ebeling, Integrated Optoelectronics, Springer, Berlin (1993).
  58. C. H. Henry, G. E. Blonder, and R. F. Kazarinov, J. Lightwave Technol. 7, 1530 (1989).
  59. F. Fedichkin, T. Guillet, P. Valvin, B. Jouault, C. Brimont, T. Bretagnon, L. Lahourcade, N. Grandjean, P. Lefebvre, and M. Vladimirova, Phys. Rev. Appl. 6, 014011 (2016).
  60. Q. Guo, B. Wu, R. Du, J. Ji, K. Wu, Y. Li, Z. Shi, S. Zhang, and H. Xu, ACS Photonics 9, 2817 (2022).
  61. A. N. Osipov, I. V. Iorsh, A. V. Yulin, and I. A. Shelykh, Phys. Rev. B 108, 104202 (2023).
  62. P.Back, S. Zeytinoglu, A. Ijaz, M.Kroner, and A. Imamo˘glu, Phys. Rev. Lett. 120, 037401 (2018).
  63. J. Horng, Y.-H. Chou, T.-C. Chang, C.-Y. Hsu, T.-C. Lu, and H. Deng, Optica 6, 1443 (2019).
  64. H. H. Fang, B. Han, C. Robert, M. A. Semina, D. Lagarde, E. Courtade, T. Taniguchi, K. Watanabe, T. Amand, B. Urbaszek, M. M. Glazov, and X. Marie, Phys. Rev. Lett. 123, 067401 (2019).
  65. L. Ren, C. Robert, M. Glazov, M. Semina, T. Amand, L. Lombez, D. Lagarde, T. Taniguchi, K. Watanabe, and X. Marie, Phys. Rev. Lett. 131, 116901 (2023).
  66. I. A. Eliseyev, B. R. Borodin, D. R. Kazanov, A. V. Poshakinskiy, M. Remˇskar, S. I. Pavlov, L. V.Kotova, P. A. Alekseev, A. V. Platonov, V. Yu.Davydov, and T. V. Shubina, Adv. Opt. Mater. 11, 2202782 (2023).
  67. F. Cadiz, E. Courtade, C. Robert, G. Wang, Y. Shen, H. Cai, T. Taniguchi, K. Watanabe, H. Carrere, D. Lagarde, M. Manca, T. Amand, P. Renucci, S. Tongay, X. Marie, and B. Urbaszek, Phys. Rev. X 7, 021026 (2017).
  68. D. Christiansen, M. Selig, G. Bergh¨auser, R. Schmidt, I. Niehues, R. Schneider, A. Arora, S. M. de Vasconcellos, R. Bratschitsch, E. Malic, and A. Knorr, Phys. Rev. Lett. 119, 187402 (2017).
  69. S. Shree, M. Semina, C. Robert, B. Han, T. Amand, A. Balocchi, M. Manca, E. Courtade, X. Marie, T. Taniguchi, K. Watanabe, M. M. Glazov, and B. Urbaszek, Phys. Rev. B 98, 035302 (2018).
  70. M. M. Glazov, Phys. Rev. Lett. 124, 166802 (2020).
  71. M. M. Glazov, Z. A. Iakovlev, and S. RefaelyAbramson, Appl. Phys. Lett. 121, 192106 (2022).
  72. K. Wagner, J. Zipfel, R. Rosati, E. Wietek, J. D. Ziegler, S. Brem, R. Perea-Caus´ın, T. Taniguchi, K. Watanabe, M. M. Glazov, E. Malic, and A. Chernikov, Phys. Rev. Lett. 127, 076801 (2021).
  73. K. Wagner, Z. A. Iakovlev, J. D. Ziegler, M. Cuccu, T. Taniguchi, K. Watanabe, M. M. Glazov, and A. Chernikov, Nano Lett. 23, 4708 (2023).
  74. E. Wietek, M. Florian, J. G¨oser, T. Taniguchi, K. Watanabe, A. H¨ogele, M. M. Glazov, A. Steinhoff, and A. Chernikov, Phys. Rev. Lett. 132, 016202 (2024).
  75. M. Danovich, V. Z´olyomi, V. I Fal’ko, and I. L. Aleiner, 2D Mater. 3, 035011 (2016).
  76. G. Moody, J. Schaibley, and X. Xu, J. Opt. Soc. Am. B 33, C39 (2016).
  77. M. Manca, M. M. Glazov, C. Robert, F. Cadiz, T. Taniguchi, K. Watanabe, E. Courtade, T. Amand, P. Renucci, X. Marie, G. Wang, and B. Urbaszek, Nat. Commun. 8, 14927 (2017).
  78. B. Han, C. Robert, E. Courtade, M. Manca, S. Shree, T. Amand, P. Renucci, T. Taniguchi, K. Watanabe, X. Marie, L. E. Golub, M. M. Glazov, and B. Urbaszek, Phys. Rev. X 8, 031073 (2018).
  79. K.-Q. Lin, C. S. Ong, S. Bange, P. E. Faria Jr., B. Peng, J. D. Ziegler, J. Zipfel, C. B¨auml, N. Paradiso, K. Watanabe, T. Taniguchi, C. Strunk, B. Monserrat, J. Fabian, A. Chernikov, D. Y. Qiu, S. G. Louie, and J. M. Lupton, Nat. Commun. 12, 5500 (2021).
  80. M. Kulig, J. Zipfel, P. Nagler, S. Blanter, C. Sch¨uller, T. Korn, N. Paradiso, M. M. Glazov, and A. Chernikov, Phys. Rev. Lett. 120, 207401 (2018).
  81. D. F. Cordovilla Leon, Z. Li, S. W. Jang, and P. B. Deotare, Phys. Rev. B 100, 241401 (2019).
  82. F. Tagarelli, E. Lopriore, D. Erkensten, R. PereaCaus´ın, S. Brem, J. Hagel, Z. Sun, G. Pasquale, K. Watanabe, T. Taniguchi, E. Malic, and A. Kis, Nat. Phot. 17, 615 (2023).
  83. J. Zipfel, M. Kulig, R. Perea-Caus´ın, S. Brem, J. D. Ziegler, R. Rosati, T. Taniguchi, K. Watanabe, M. M. Glazov, E. Malic, and A. Chernikov, Phys. Rev. B 101, 115430 (2020).
  84. R. Perea-Caus´ın, S. Brem, R. Rosati, R. Jago, M. Kulig, J. D. Ziegler, J. Zipfel, A. Chernikov, and E. Malic, Nano Lett. 19, 7317 (2019).
  85. M. M. Glazov, Phys. Rev. B 100, 045426 (2019).
  86. A. Filinov, N. V. Prokof’ev, and M. Bonitz, Phys. Rev. Lett. 105, 070401 (2010).
  87. E. A. Kuznetsov and M. Yu. Kagan, Theor. Math. Phys. 202, 399 (2020).
  88. Lucio Claudio Andreani and Franco Bassani, Phys. Rev. B 41, 7536 (1990).
  89. S. V. Goupalov, E. L. Ivchenko, and A. V. Kavokin, JETP 86, 388 (1998)].
  90. E. L. Ivchenko, Optical Spectroscopy of Semiconductor Nanostructures, Alpha Science, Harrow UK (2005).
  91. M. M. Glazov, T. Amand, X. Marie, D. Lagarde, L. Bouet, and B. Urbaszek, Phys. Rev. B 89, 201302 (2014).
  92. H. Yu, G.-B. Liu, P. Gong, X. Xu, and W. Yao, Nat. Commun. 5, 3876 (2014).
  93. M. M. Glazov, E. L. Ivchenko, G. Wang, T. Amand, X. Marie, B. Urbaszek, and B. L. Liu, Phys. Stat. Sol. (b) 252, 2349 (2015).
  94. V. M. Agranovich and M. D. Galanin, Electronic Excitation Energy Transfer in Condensed Matter, North-Holland Publishing Company, Amsterdam (1982).
  95. A. I. Prazdnichnykh, M. M. Glazov, L. Ren, C. Robert, B. Urbaszek, and X. Marie, Phys. Rev. B 103, 085302 (2021).
  96. C. Robert, M. A. Semina, F. Cadiz, M. Manca, E. Courtade, T. Taniguchi, K. Watanabe, H. Cai, S. Tongay, B. Lassagne, P. Renucci, T. Amand, X. Marie, M. M. Glazov, and B. Urbaszek, Phys. Rev. Mater. 2, 011001 (2018).
  97. K. L. Koshelev, S. K. Sychev, Z. F. Sadrieva, A. A. Bogdanov, and I. V. Iorsh, Phys. Rev. B 98, 161113 (2018).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences