不均一にひずんだ単層WS₂における励起子からトリオンへのダイナミクスと効率的な変換

近年、高度に不均一なひずみを受けた単層の遷移金属ジカルコゲニドにおける励起子の効率的輸送を実現するため研究が進められている。本論文では、制御された不均一な機械的ひずみを受けた単層半導体WS₂における励起子とトリオンの輸送を調べた。原子間力顕微鏡（AFM）に基づくセットアップを適用して、AFMの探針でこの単層をくぼませることにより、ひずみのプロファイルを能動的に制御して調整した。光学分光法を用いて励起キャリアのダイナミクスを明らかにした。不均一なひずみの配置によって局所的にWS₂の価電子帯と伝導帯が変化し、AFM探針下の最大ひずみ点に向かって励起子とトリオンを引き付ける有効力が生じた。我々は、ひずみ下にあるWS₂のフォトルミネッセンススペクトルに大きな変化を観測し、これをドリフト–拡散モデルを用いて解釈した。我々は、中性励起子の輸送（不均一にひずんだ二次元半導体において有効であると考えられていた）は、室温では無視できることを示す。逆に、不均一なひずみプロファイル下での自由キャリアの再分布が、励起子をトリオンへと高効率に変換することを見いだした。この変換効率は、電気的ゲートなしでも約100％に達する。我々の結果は以前の実験における矛盾を説明し、新しいタイプのオプトエレクトロニクスデバイスへの道を開く。