Ausbreitung und Dynamik wechselwirkender Exzitonen in zweidimensionalen van-der-Waals Kristallen

Dokumentenart:	Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation)
Open Access Art:	Primärpublikation
Datum:	28 Mai 2021
Begutachter (Erstgutachter):	Dr. Alexey Chernikov
Tag der Prüfung:	18 Mai 2021
Institutionen:	Physik > Institut für Experimentelle und Angewandte Physik > Entpflichtete oder im Ruhestand befindliche Professoren > Nachwuchsgruppe Alexey Chernikov
Stichwörter / Keywords:	exciton, exciton propagation, diffusion, dielectric disorder, TMDC monolayer, halo effects
Dewey-Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Status:	Veröffentlicht
Begutachtet:	Ja, diese Version wurde begutachtet
An der Universität Regensburg entstanden:	Ja
Dokumenten-ID:	45880

Zusammenfassung (Deutsch)

Die vorliegende Arbeit bietet eine ausführliche Untersuchung des diffusiven Ausbreitungsverhaltens photogenerierter Exzitonen in atomar dicken Monolagen verschiedener Übergangsmetalldichalkogenide mithilfe räumlich und zeitlich aufgelöster Photolumineszenz-Mikroskopie. Durch Variation der injizierten Exzitonendichte über mehrere Größenordnungen können dichte-aktivierte Wechselwirkungen ...

Zusammenfassung (Deutsch)

Die vorliegende Arbeit bietet eine ausführliche Untersuchung des diffusiven Ausbreitungsverhaltens photogenerierter Exzitonen in atomar dicken Monolagen verschiedener Übergangsmetalldichalkogenide mithilfe räumlich und zeitlich aufgelöster Photolumineszenz-Mikroskopie.
Durch Variation der injizierten Exzitonendichte über mehrere Größenordnungen können dichte-aktivierte Wechselwirkungen zwischen Exzitonen gezielt unterdrückt oder hervorgerufen werden. Die dabei beobachteten Nicht-Linearitäten im Ausbreitungsverhalten können als direkte Folge von Auger-Streuprozessen identifiziert werden.
Bei ausreichend hoher Exzitonendichte lässt sich eine Entwicklung der Anfangs normalverteilten Dichteverteilung in einen ringförmigen Emitter innerhalb weniger hundert Picosekunden beobachten. Dieses Phänomen wird erfolgreich auf die Emission heißer Phononen und ihrer Wechselwirkung mit den Exzitonen infolge von Auger-Streuprozessen zurückgeführt.
Durch Verkapselung von Monolagen in dünne Schichten hexagonalen Bornitrids wird eine hochgradige Homogenisierung der Monolagenumgebung erreicht. Die Konsequenz ist eine Erhöhung der exzitonischen Mobilität um mehr als eine Größenordnung gegenüber nicht-verkapselten Monolagen.
Ein Vergleich der experimentellen Beobachtungen zwischen verkapselter, freistehender sowie Monolagen auf SiO2/Si-Substrat ermöglicht eine Untersuchung von exzitonischem Transport im Kontext von dielektrischer Unordnung und liefert unter anderem die Erkenntnis, dass die Diffusionslänge der Exzitonen von einigen hundert Nanometern im Wesentlichen durch Monolagen-inhärente Defekte begrenzt wird.

Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)

The present work provides a detailed investigation of the diffusive propagation behavior of photogenerated excitons in atomically thick monolayers of various transition metal dichalcogenides using spatially and temporally resolved photoluminescence microscopy. By varying the injected exciton density over several orders of magnitude, density-activated interactions between excitons can be ...

Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)

The present work provides a detailed investigation of the diffusive propagation behavior of photogenerated excitons in atomically thick monolayers of various transition metal dichalcogenides using spatially and temporally resolved photoluminescence microscopy.
By varying the injected exciton density over several orders of magnitude, density-activated interactions between excitons can be selectively suppressed or induced. The observed non-linearities in the propagation behavior can be identified as a direct consequence of Auger scattering processes.
At sufficiently high exciton density, an evolution of the initial normally distributed density distribution into an ring-shaped emitter can be observed within a few hundred picoseconds. This phenomenon is successfully attributed to the emission of hot phonons and their interaction with the excitons as a result of Auger scattering processes.
By encapsulating monolayers between thin layers of hexagonal boron nitride, a high degree of homogenization of the monolayer environment is achieved. The consequence is an increase of the excitonic mobility by more than one order of magnitude compared to non-encapsulated monolayers.
A comparison of the experimental observations between encapsulated, free-standing as well as monolayers on SiO2/Si substrate allows an investigation of excitonic transport in the context of dielectric disorder and provides, among others, the insight that the diffusion length of excitons of several hundred nanometers is essentially limited by monolayer-inherent defects

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