Экситоны, трионы и многоэлектронные возбуждения, определяемые кулоновским взаимодействием, играют ключевую роль в физике двумерных полупроводников и ван-дер-ваальсовых гетероструктур – перспективных материалов оптики и электроники нового поколения.

В работе построена микроскопическая теория тонкой структуры энергетического спектра экситонов, взаимодействующих с морем Ферми электронов в ван-дер-ваальсовых гетероструктурах на основе дихалькогенидов переходных металлов. Последовательный учет прямого кулоновского взаимодействия приводит к формированию тетронов Суриса (ферми-поляронов) – комплексов, состоящих из экситона и электрон-дырочной пары в ферми-море. Дальнодействующее обменное взаимодействие электрона и дырки приводит к анизотропному продольно-поперечному расщеплению состояний ферми-поляронов, которое отсутствует в широко распространенной «трионной» модели. Продольно-поперечное расщепление может достигать нескольких мэВ [1], что дает возможность его экспериментального обнаружения. Наличие продольно-поперечного расщепления открывает перспективы использования таких многочастичных комплексов в квантовых технологиях для создания многочастичных запутанных по спину состояний.

Публикации

1. [1] Z.A. Iakovlev, M.M. Glazov, Longitudinal-transverse splitting and fine structure of Fermi polarons in two-dimensional semiconductors, J. Lumin. 273, 120700 (2024).