We have combined spatially resolved steady-state micro-photoluminescence with time-resolved photoluminescence to investigate the exciton diffusion in a WSe2 monolayer encapsulated with hexagonal boron nitride. At 300 K, we extract an exciton diffusion length of LX = 0.36 ± 0.02 μm and an exciton diffusion coefficient of DX = 14.5 ± 2 cm2/s. This represents a nearly 10-fold increase in the effective mobility of excitons with respect to several previously reported values on nonencapsulated samples. At cryogenic temperatures, the high optical quality of these samples has allowed us to discriminate the diffusion of the different exciton species: bright and dark neutral excitons, as well as charged excitons. The longer lifetime of dark neutral excitons yields a larger diffusion length of LXD=1.5±0.02μm.

1.
S. Z.
Butler
,
S. M.
Hollen
,
L.
Cao
,
Y.
Cui
,
J. A.
Gupta
,
H. R.
Gutiérrez
,
T. F.
Heinz
,
S. S.
Hong
,
J.
Huang
,
A. F.
Ismach
 et al,
ACS Nano
7
,
2898
(
2013
).
2.
Q. H.
Wang
,
K.
Kalantar-Zadeh
,
A.
Kis
,
J. N.
Coleman
, and
M. S.
Strano
,
Nat. Nanotechnol.
7
,
699
(
2012
).
3.
M.
Tsai
,
S.
Su
,
J.
Chang
,
D.
Tsai
,
C.
Chen
,
C.
Wu
,
L.
Li
,
L.
Chen
, and
J.-H.
He
,
ACS Nano
8
,
8317
(
2014
).
4.
O.
Lopez-Sanchez
,
D.
Lembke
,
M.
Kayci
,
A.
Radenovic
, and
A.
Kis
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
497
(
2013
).
5.
O.
Salehzadeh
,
M.
Djavid
,
N. H.
Tran
,
I.
Shih
, and
Z.
Mi
,
Nano Lett.
15
,
5302
(
2015
).
6.
D.
Xiao
,
G.-B.
Liu
,
W.
Feng
,
X.
Xu
, and
W.
Yao
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
196802
(
2012
).
7.
K.
He
,
N.
Kumar
,
L.
Zhao
,
Z.
Wang
,
K. F.
Mak
,
H.
Zhao
, and
J.
Shan
,
Phys. Rev. Lett.
113
,
026803
(
2014
).
8.
M. M.
Ugeda
,
A. J.
Bradley
,
S.-F.
Shi
,
F. H.
da Jornada
,
Y.
Zhang
,
D. Y.
Qiu
,
S.-K.
Mo
,
Z.
Hussain
,
Z.-X.
Shen
,
F.
Wang
 et al,
Nat. Mater.
13
,
1091
(
2014
).
9.
A.
Chernikov
,
T. C.
Berkelbach
,
H. M.
Hill
,
A.
Rigosi
,
Y.
Li
,
O. B.
Aslan
,
D. R.
Reichman
,
M. S.
Hybertsen
, and
T. F.
Heinz
,
Phys. Rev. Lett.
113
,
076802
(
2014
).
10.
Z.
Ye
,
T.
Cao
,
K.
O'Brien
,
H.
Zhu
,
X.
Yin
,
Y.
Wang
,
S. G.
Louie
, and
X.
Zhang
,
Nature
513
,
214
(
2014
).
11.
D. Y.
Qiu
,
F. H.
da Jornada
, and
S. G.
Louie
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
216805
(
2013
).
12.
A.
Ramasubramaniam
,
Phys. Rev. B
86
,
115409
(
2012
).
13.
G.
Wang
,
X.
Marie
,
I.
Gerber
,
T.
Amand
,
D.
Lagarde
,
L.
Bouet
,
M.
Vidal
,
A.
Balocchi
, and
B.
Urbaszek
,
Phys. Rev. Lett.
114
,
097403
(
2015
).
14.
F.
Cadiz
,
E.
Courtade
,
C.
Robert
,
G.
Wang
,
Y.
Shen
,
H.
Cai
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
H.
Carrere
,
D.
Lagarde
 et al,
Phys. Rev. X
7
,
021026
(
2017
).
15.
A.
Castellanos-Gomez
,
M.
Buscema
,
R.
Molenaar
,
V.
Singh
,
L.
Janssen
,
H. S. J.
van der Zant
, and
G. A.
Steele
,
2D Mater.
1
,
011002
(
2014
).
16.
I.
Favorskiy
,
D.
Vu
,
E.
Peytavit
,
S.
Arscott
,
D.
Paget
, and
A. C. H.
Rowe
,
Rev. Sci. Instrum.
81
,
103902
(
2010
).
17.
D.
Lagarde
,
L.
Bouet
,
X.
Marie
,
C. R.
Zhu
,
B. L.
Liu
,
T.
Amand
,
P. H.
Tan
, and
B.
Urbaszek
,
Phys. Rev. Lett.
112
,
047401
(
2014
).
18.
M.
Amani
,
D.-H.
Lien
,
D.
Kiriya
,
J.
Xiao
,
A.
Azcatl
,
J.
Noh
,
S. R.
Madhvapathy
,
R.
Addou
,
K.
Santosh
,
M.
Dubey
 et al,
Science
350
,
1065
(
2015
).
19.
C.
Robert
,
D.
Lagarde
,
F.
Cadiz
,
G.
Wang
,
B.
Lassagne
,
T.
Amand
,
A.
Balocchi
,
P.
Renucci
,
S.
Tongay
,
B.
Urbaszek
 et al,
Phys. Rev. B
93
,
205423
(
2016
).
20.
S.
Mouri
,
Y.
Miyauchi
,
M.
Toh
,
W.
Zhao
,
G.
Eda
, and
K.
Matsuda
,
Phys. Rev. B
90
,
155449
(
2014
).
21.
N.
Kumar
,
Q.
Cui
,
F.
Ceballos
,
D.
He
,
Y.
Wang
, and
H.
Zhao
,
Phys. Rev. B
89
,
125427
(
2014
).
22.
L.
Yuan
,
T.
Wang
,
T. Z. M.
Zhou
, and
L.
Huang
,
J. Phys. Chem. Lett.
8
,
3371
(
2017
).
23.
Q.
Cui
,
F.
Ceballos
,
N.
Kumar
, and
H.
Zhao
,
ACS Nano
8
,
2970
(
2014
).
24.
S.
Konabe
and
S.
Okada
,
Phys. Rev. B
90
,
155304
(
2014
).
25.
A. V.
Stier
,
N. P.
Wilson
,
K. A.
Velizhanin
,
J.
Kono
,
X.
Xu
, and
S. A.
Crooker
,
Phys. Rev. Lett.
120
,
057405
(
2018
).
26.
H.
Yun
,
Z.
Li
,
G.
Xu
,
B.
Zhou
,
S.
Wu
,
D.
Dumcenco
,
K.
Yan
,
Y.
Zhang
,
S.
Mo
,
P.
Dudin
 et al,
Nano Lett.
16
,
4738
(
2016
).
27.
S.
Xu
,
Z.
Wu
,
H.
Lu
,
Y.
Han
,
G.
Long
,
X.
Chen
,
T.
Han
,
W.
Ye
,
Y.
Wu
,
J.
Lin
 et al,
2D Mater.
3
,
021007
(
2016
).
28.
X.
Cui
,
G.
Lee
,
Y.
Kim
,
G.
Arefe
,
P. Y.
Huang
,
C.
Lee
,
D.
Chenet
,
X.
Zhang
,
L.
Wang
,
F.
Ye
 et al,
Nat. Nanotechnol.
10
,
534
(
2015
).
29.
T.
Jakubczyk
,
K.
Nogajewski
,
M. R.
Molas
,
M.
Bartos
,
W.
Langbein
,
M.
Potemski
, and
J.
Kasprzak
, preprint arXiv:1709.02658 (
2017
).
30.
T.
Jakubczyk
,
V.
Delmonte
,
M.
Koperski
,
K.
Nogajewski
,
C.
Faugeras
,
W.
Langbein
,
M.
Potemski
, and
J.
Kasprzak
,
Nano Lett.
16
,
5333
(
2016
).
31.
G.
Wang
,
C.
Robert
,
M. M.
Glazov
,
F.
Cadiz
,
E.
Courtade
,
T.
Amand
,
D.
Lagarde
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
B.
Urbaszek
 et al,
Phys. Rev. Lett.
119
,
047401
(
2017
).
32.
C.
Robert
,
T.
Amand
,
F.
Cadiz
,
D.
Lagarde
,
E.
Courtade
,
M.
Manca
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
B.
Urbaszek
, and
X.
Marie
,
Phys. Rev. B
96
,
155423
(
2017
).
33.
E.
Courtade
,
M.
Semina
,
M.
Manca
,
M. M.
Glazov
,
C.
Robert
,
F.
Cadiz
,
G.
Wang
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
M.
Pierre
 et al,
Phys. Rev. B
96
,
085302
(
2017
).
34.
D.
Paget
,
F.
Cadiz
,
A. C. H.
Rowe
,
F.
Moreau
,
S.
Arscott
, and
E.
Peytavit
,
J. Appl. Phys.
111
,
123720
(
2012
).
35.
F.
Cadiz
,
P.
Barate
,
D.
Paget
,
D.
Grebenkov
,
J. P.
Korb
,
A. C. H.
Rowe
,
T.
Amand
,
S.
Arscott
, and
E.
Peytavit
,
J. Appl. Phys.
116
,
023711
(
2014
).
36.
C. P.
Weber
,
N.
Gedik
,
J. E.
Moore
,
J.
Oreinstein
,
J.
Stephens
, and
D. D.
Awschalom
,
Nature
437
,
1330
(
2005
).
37.
F.
Cadiz
,
D.
Paget
, and
A. C. H.
Rowe
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
246601
(
2013
).
You do not currently have access to this content.