Characteristic excitonic absorption of MoSi2N4 and WSi2N4 monolayers

激子 单层 激发态 准粒子 激发 凝聚态物理 材料科学 化学 原子物理学 物理 纳米技术 量子力学 超导电性
作者
Hongling Liu,Baibiao Huang,Ying Dai,Wei Wei
出处
期刊:Journal of Physics D [Institute of Physics]
卷期号:56 (40): 405103-405103 被引量:7
标识
DOI:10.1088/1361-6463/ace11d
摘要

Abstract As new members of the two-dimensional materials family, MoSi2N4 and WSi2N4 exhibit unique physical properties. However, their optical properties in consideration of spin–orbit coupling (SOC) have not been discussed. In this work, the excited-state properties of MoSi2N4 and WSi2N4 monolayers are studied by means of many-body perturbation theory in combination with first-principles calculations. We find that the quasiparticle correction leads to a large band gap renormalization of more than 1 eV for MoSi2N4 and WSi2N4 monolayers. Because of the SOC, characteristic A and B excitons form with large binding energies of about 1 eV. The excitation energy difference of A and B excitons can be used to well address the spin–valley splitting. MoSi2N4 shows more abundant excitons (A′, B′ and C excitons), turning out to be a promising candidate to explore intra- and inter-exciton transitions. The exciton wave function indicates that the low-energy excitons in MoSi2N4 and WSi2N4 monolayers are confined in the middle MoN2/WN2 layer, which is unfavorable for excitonic photocatalysis. On the other hand, the valley states based on excitons can be protected by SiN layers from both sides.
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