有機酸により処理した単層WS2におけるバレー偏極の励起エネルギー依存性

摘要

単層二硫化タングステン(WS_2)は、運動量空間のKおよびK’バレーにおいてエネルギー極値を持ち、円偏光によりバレーの選択励起が可能な直接遷移半導体である。スピン軌道相互作用によりスピン分裂が生じるため、バレー偏極状態ではスピン偏極キャリアが生成し、バレー・スピン双方の自由度を活用できる新たな舞台となる。これまで単層WS_2において、円偏光励起フォトルミネッセンス(PL)測定において高いバレー偏極が観測されているが、励起子のバレー偏極について主に議論されてきた[1]。一方、単層WS_2を有機酸(トリフルオロメタンスルホン酸；TFSI, オレイン酸；OA)で表面処理した場合、PL 強度が促進し荷電励起子による発光が室温でも安定に観測されることが見出され、これまで TFSI を用いた研究が盛hに研究されている[2]。近年オレイン酸を用いて同様の効果が表れることが明らかとなったが[3]、励起子と荷電励起子のバレー偏極の詳細については未解明である。そこで本研究では単層WS_2に対しTFSI・OAによる表面処理を行い、円偏光PLの励起エネルギー依存性から低温におけるバレー偏極の安定性を調べた。