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Merkl, Philipp ; Mooshammer, Fabian ; Steinleitner, Philipp ; Girnghuber, Anna ; Lin, K. -Q. ; Nagler, Philipp ; Holler, Johannes ; Schüller, Christian ; Lupton, John M. ; Korn, Tobias ; Ovesen, S. ; Brem, S. ; Malic, Ermin ; Huber, Rupert

Ultrafast transition between exciton phases in van der Waals heterostructures

Merkl, Philipp, Mooshammer, Fabian , Steinleitner, Philipp, Girnghuber, Anna, Lin, K. -Q. , Nagler, Philipp, Holler, Johannes, Schüller, Christian, Lupton, John M., Korn, Tobias , Ovesen, S., Brem, S., Malic, Ermin und Huber, Rupert (2019) Ultrafast transition between exciton phases in van der Waals heterostructures. Nature Materials 18, S. 691-696.

Veröffentlichungsdatum dieses Volltextes: 18 Nov 2019 07:25
Artikel
DOI zum Zitieren dieses Dokuments: 10.5283/epub.41038


Zusammenfassung

Heterostructures of atomically thin van der Waals bonded monolayers have opened a unique platform to engineer Coulomb correlations, shaping excitonic(1-3), Mott insulating(4) or superconducting phases(5,6). In transition metal dichalcogenide heterostructures(7), electrons and holes residing in different monolayers can bind into spatially indirect excitons(1,3,8-11) with a strong potential for ...

Heterostructures of atomically thin van der Waals bonded monolayers have opened a unique platform to engineer Coulomb correlations, shaping excitonic(1-3), Mott insulating(4) or superconducting phases(5,6). In transition metal dichalcogenide heterostructures(7), electrons and holes residing in different monolayers can bind into spatially indirect excitons(1,3,8-11) with a strong potential for optoelectronics(11,12), valleytronics(1,3,13), Bose condensation(14), superfluidity(14,15) and moire-induced nanodot lattices(16). Yet these ideas require a microscopic understanding of the formation, dissociation and thermalization dynamics of correlations including ultrafast phase transitions. Here we introduce a direct ultrafast access to Coulomb correlations between monolayers, where phase-locked mid-infrared pulses allow us to measure the binding energy of interlayer excitons in WSe2/WS2 hetero-bilayers by revealing a novel 1s-2p resonance, explained by a fully quantum mechanical model. Furthermore, we trace, with subcycle time resolution, the transformation of an exciton gas photogenerated in the WSe2 layer directly into interlayer excitons. Depending on the stacking angle, intra- and interlayer species coexist on picosecond scales and the 1s-2p resonance becomes renormalized. Our work provides a direct measurement of the binding energy of interlayer excitons and opens the possibility to trace and control correlations in novel artificial materials.



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Details

DokumentenartArtikel
Titel eines Journals oder einer ZeitschriftNature Materials
Verlag:Nature
Ort der Veröffentlichung:LONDON
Band:18
Seitenbereich:S. 691-696
Datum8 April 2019
InstitutionenPhysik > Institut für Experimentelle und Angewandte Physik > Lehrstuhl Professor Lupton > Arbeitsgruppe John Lupton
Physik > Institut für Experimentelle und Angewandte Physik > Lehrstuhl Professor Lupton > Arbeitsgruppe Christian Schüller
Physik > Institut für Experimentelle und Angewandte Physik > Lehrstuhl Professor Lupton > Arbeitsgruppe John Lupton
Identifikationsnummer
WertTyp
10.1038/s41563-019-0337-0DOI
Stichwörter / KeywordsINDIRECT INTERLAYER EXCITONS; GRAPHENE; DYNAMICS;
Dewey-Dezimal-Klassifikation500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
StatusVeröffentlicht
BegutachtetJa, diese Version wurde begutachtet
An der Universität Regensburg entstandenJa
URN der UB Regensburgurn:nbn:de:bvb:355-epub-410389
Dokumenten-ID41038

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