Valley Zeeman effect in elementary optical excitations of monolayer WSe2

三极管 物理 凝聚态物理 塞曼效应 Valleytronics公司 布里渊区 激子 点反射 磁场 单层 自旋电子学 铁磁性 量子力学 纳米技术 材料科学
作者
Ajit Srivastava,Meinrad Sidler,Adrien Allain,Dominik Lembke,András Kis,Ataç Îmamoğlu
出处
期刊:Nature Physics [Nature Portfolio]
卷期号:11 (2): 141-147 被引量:826
标识
DOI:10.1038/nphys3203
摘要

A monolayer of a transition metal dichalcogenide (TMD) such as WSe$_2$ is a two-dimensional (2D) direct band-gap valley-semiconductor having an effective Honeycomb lattice structure with broken inversion symmetry. The inequivalent valleys in the Brillouin zone could be selectively addressed using circularly-polarized light fields, suggesting the possibility for magneto-optical measurement and manipulation of the valley pseudospin degree of freedom. Here we report such experiments that demonstrate the valley Zeeman effect -- strongly anisotropic lifting of the degeneracy of the valley pseudospin degree of freedom using an external magnetic field. While the valley-splitting measured using the exciton transition is consistent with the difference of the conduction and valence band orbital magnetic moments, the trion transition exhibits an unexpectedly large valley Zeeman effect which cannot be understood using an independent electron-hole picture. Instead, we find an explanation using the recently predicted large Berry curvature and the associated magnetic moment for the electron-hole exchange interaction modified trion dispersion. Our results raise the possibility of observing optical excitation induced valley Hall effect in monolayer TMDs or topological states of photons strongly coupled to trion excitations in a microcavity.
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