Exciton spectroscopy of van der Waals heterostructures

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Date:	9 April 2019
Referee:	Prof. Dr. Tobias Korn
Date of exam:	28 February 2019
Institutions:	Physics > Institute of Experimental and Applied Physics > Chair Professor Lupton > Group Christian Schüller
Keywords:	transition metal dichalcogenides, TMDC, van der Waals heterostructure, interlayer exciton, biexciton, magneto-PL, photoluminescence
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	40062

Abstract (English)

In this thesis, the properties of excitons in van der Waals heterostructures are investigated by photoluminescence spectroscopy. Mechanical exfoliation of van der Waals crystals and the subsequent application of deterministic transfer techniques allows for the fabrication of atomically thin heterostructures. In the first project, interlayer excitons arising between two atomically thin sheets of ...

Abstract (English)

In this thesis, the properties of excitons in van der Waals heterostructures are investigated by photoluminescence spectroscopy. Mechanical exfoliation of van der Waals crystals and the subsequent application of deterministic transfer techniques allows for the fabrication of atomically thin heterostructures.
In the first project, interlayer excitons arising between two atomically thin sheets of MoSe2 and WSe2 are studied. It is shown that interlayer excitons possess long lifetimes in the nanosecond regime and exhibit strong interaction effects. Furthermore, the twist angle of the heterostructure is used to engineer large excitonic g factors based on a peculiar intervalley configuration in momentum space.
The second project gives novel insights on the physics of biexcitons in an hBN-encapsulated monolayer of WS2. Based on observations in high magnetic fields, the hybrid momentum space structure of this many-body state is revealed.

Translation of the abstract (German)

In dieser Arbeit werden die Eigenschaften von Exzitonen in van der Waals Heterostrukturen mittels Photolumineszenz-Spektroskopie untersucht. Mechanische Exfoliation von van der Waals Kristallen und die anschließende Anwendung von deterministischen Transfertechniken ermöglichen die Herstellung von atomar dünnen Heterostrukturen. Im ersten Projekt werden Interlagen-Exzitonen untersucht, die sich ...

Translation of the abstract (German)

In dieser Arbeit werden die Eigenschaften von Exzitonen in van der Waals Heterostrukturen mittels Photolumineszenz-Spektroskopie untersucht. Mechanische Exfoliation von van der Waals Kristallen und die anschließende Anwendung von deterministischen Transfertechniken ermöglichen die Herstellung von atomar dünnen Heterostrukturen.
Im ersten Projekt werden Interlagen-Exzitonen untersucht, die sich zwischen zwei atomar dünnen Schichten aus MoSe2 und WSe2 ausbilden. Es wird gezeigt, dass Interlagen-Exzitonen Lebensdauern im Bereich von Nanosekunden besitzen und starken Interaktionseffekten ausgesetzt sind. Außerdem wird unter Ausnutzung einer besonderen Valley-Konfiguration der Drehwinkel der Heterostruktur verwendet, um große exzitonische g Faktoren gezielt einzustellen.
Das zweite Projekt bringt neue Erkenntnisse zur Physik von Biexzitonen in einer hBN-eingekapselten Monolage WS2. Basierend auf Beobachtungen in hohen Magnetfeldern wird die hybride Struktur dieses Vielteilchenzustands im Impulsraum näher beleuchtet.

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