Ultrahigh Hole Mobility in Monolayer WSe2 Enabled by Spin–Orbit Suppression of Intervalley Scattering

单层 散射 凝聚态物理 自旋轨道相互作用 材料科学 自旋(空气动力学) 物理 光电子学 光学 纳米技术 热力学
作者
Viet-Anh Ha,Sabyasachi Tiwari,Feliciano Giustino
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c03258
摘要

Monolayer WSe2 has recently emerged as a leading candidate for ultrascaled p-channel transistors, with record room-temperature hole mobilities exceeding 1000 cm2/(V s). Here, we reveal the microscopic origin of this exceptional performance using state-of-the-art ab initio Boltzmann transport calculations, incorporating GW quasiparticle corrections and long-range dipole and quadrupole corrections for two-dimensional materials. We obtained a phonon-limited hole mobility of 931 cm2/(V s) at room temperature, in excellent agreement with experiments. We find that this exceptionally high mobility results from the combined suppression of K-K and K-K' scattering by spin-orbit-induced valley splitting and spin-valley locking, together with intrinsically weak polar and piezoelectric interactions. These results position monolayer WSe2 as a front-runner for next-generation high-mobility p-channel electronics and point to spin-orbit engineering as a key strategy for the design of high-mobility semiconductors.
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