基于过渡金属二硫属化物（TMDs）的范德华（vdW）异质结构通常具有二型能带排列，这有助于在组成单层之间形成层间激子。TMD vdW异质结构中层间激子的操控为开发作为电子集成电路对应物的激子集成电路提供了巨大的前景，它允许光子和激子相互转换，从而在集成电路中桥接光通信和信号处理。因此，深入了解层间激子的物理性质，包括揭示它们的超快形成、长的复合寿命和有趣的自旋谷动力学等行为，将为实现激子凝聚、单光子发射和其它新型量子现象的理想平台提供支撑。
近日，物理科学与技术学院王舒东副教授课题组，利用先进的多体微扰方法，研究了双面非对称（Janus）二维过渡金属二硫族化合物WSSe/WS2异质结构中的层间激发态性质。该研究成果以《Spin Character of Interlayer Excitons in Tungsten Dichalcogenide Heterostructures: GW-BSE Calculations》为题发表于凝聚态物理国际著名期刊Physical Review B（自然指数收录）。
文章揭示了Janus层如何通过调节自旋态来影响基于WSSe/WS2的异质结构中的层间激发。研究结果表明，具有S/Se界面的平行排列本征电场结构将更多的自旋单重态混合到自旋三重态中，因此WSSe@WS2异质结中最低能量的层间激子比其它激子具有更短的辐射寿命。研究还发现S/Se界面使能带交错程度增加，因此没有束缚的亮层间激子。对于电场指向远离界面的S/S界面异质结构，强的能带杂化将49%的自旋单重态混合到自旋三重态中，因此最低能量亮层间激子的辐射寿命在0 K时短至10-13 s。结论表明，本征电场方向影响下的强自旋-轨道耦合，对Janus 异质结构中的自旋单态-三重态混合起着关键作用。
本工作受到国家自然科学基金（12064032，11804173）和高等学校青年科技英才支持计划（NJYT-19-B02）的资助。2021级硕士研究生李亚宁为第一作者，王舒东副教授为唯一通讯作者。
论文全文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.109.045422
