近日，德国雷根斯堡大学的Kulig等人在超低密度极限下进行了单个激子的光致发光实验，他们揭示了在原子级WS2单层中增强的激子扩散效应。在环境条件下，研究人员通过空间和时间分辨的微光致发光直接监测自由基和SiO2负载的WS2单层激子的传播。他们发现一个高度非线性的特性，在激子发射的空间分布的定性变化和有效的扩散系数从0.3增加到超过30 cm2/s，这取决于注入的激子密度。求解扩散方程，同时考虑俄歇复合，使他们能够识别和定量了解所观察到的扩散系数的增加的主要来源。在升高的激发密度下，激子的初始高斯分布演变成具有μm尺度直径的长寿命光晕形状，表明激子动力学中有额外的记忆效应。

图1 （a）激子传播的示意图。（b）独立1L WS2样品和激发激光光斑的光学显微照片。虚线表示成像到探测器上的PL信号的横截面。（c）自由样品的发光光谱。（d）独立样品的PL强度截面的条纹相机图像；测量和归一化数据分别显示在左侧和右侧面板中。（e）示例性发光轮廓与高斯拟合。（f）作为激发后的时间函数的PL提取的平方宽度。插图：随时间变化的强度。

库仑束缚电子空穴对或激子一直是固态研究的焦点。它们对于半导体中相互作用电荷载流子的基本概念极为重要。一些越来越先进的概念，包括激子极化子，Rydberg激子，纠缠光子从双激子，液滴状态，激子自旋流，和高温玻色-爱因斯坦凝聚等突出了正在进行的研究的一个充满活力的领域。最近发现，半导体过渡金属二卤化物（TMDC）单层中的激子结合了两个基本特征，它们与基本的多体物理学和未来的技术有关。它们是非常稳定的，由于强量子限制和弱介电屏蔽，能有效地耦合到0.5 eV的结合能，并且可以通过它们的谷和自旋构型单独地寻址。近几年来，这些性质和相关现象得到了广泛的研究。这里，研究人员通过直接监测空间和时间分辨的光致发光（PL）显微镜，在独立的和支持单层（1L）的WS2（一个典型的TMDC）中激子的空间行为来解决这个问题。他们发现一个高度非线性的传播，有效扩散系数随注入激子密度的变化而变化多达两个数量级，伴随着发射剖面的特性变化。研究人员确定这种非线性的主要来源，并表明它可以定量地理解，包括进入扩散方程的俄歇过程。有趣的是，额外的记忆效应被发现扮演重要的角色，如观察到的halolike形状的μm尺度直径的发射。

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