Optical spectroscopy of van der Waals heterostructures

Dokumentenart:	Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation)
Open Access Art:	Primärpublikation
Datum:	30 November 2021
Begutachter (Erstgutachter):	Prof. Dr. Tobias Korn
Tag der Prüfung:	21 Oktober 2021
Institutionen:	Physik > Institut für Experimentelle und Angewandte Physik > Lehrstuhl Professor Lupton > Arbeitsgruppe Christian Schüller
Stichwörter / Keywords:	transition metal dichalcogenide, TMDC, van der Waals heterostructure, twisted bilayer, interlayer exciton, photoluminescence, Raman
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:	51079

Zusammenfassung (Englisch)

In this work, van der Waals heterostructures are investigated via optical spectroscopy, specifically Raman scattering and photoluminescence. Twisted transition metal dichalcogenide bilayers are a promising system for research on valleytronics and future devices. Some two-dimensional crystals degrade when exposed to air. Long-term stability in ambient conditions is crucial for applications, and ...

Zusammenfassung (Englisch)

In this work, van der Waals heterostructures are investigated via optical spectroscopy, specifically Raman scattering and photoluminescence. Twisted transition metal dichalcogenide bilayers are a promising system for research on valleytronics and future devices.

Some two-dimensional crystals degrade when exposed to air. Long-term stability in ambient conditions is crucial for applications, and therefore, the air tightness of full encapsulation of air-sensitive two-dimensional crystals between hexagonal boron nitride layers is verified. In twisted MoSe₂-WSe₂ heterostructures different interlayer exciton emission peaks are found and characterized by their energetic position, their spectral linewidth and their g factor. Time-resolved measurements of the valley polarization in high magnetic fields demonstrate long lifetimes and a distinct behaviour of the different interlayer excitons. Furthermore, measurements of the interlayer shear mode are employed to identify the stacking configuration of atomically reconstructed bilayers. For misaligned structures a moiré pattern forms and the twist angle can be determined precisely via folded acoustic phonons. Therefore, low-frequency Raman spectroscopy is presented as a powerful tool for the characterization of homo- and heterobilayers.

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

In dieser Arbeit werden van der Waals Heterostrukturen mithilfe von Raman- und Photolumineszenz-Spektroskopie untersucht. Verdrehte Übergangsmetalldichalkogenid-Bilagen sind vielversprechende Materialien für die Forschung im Bereich Valleytronics und für zukünftige Applikationen. Einige zweidimensionale Kristalle oxidieren bei Kontakt mit Luft. Dennoch ist die Langzeitstabilität der Proben ...

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

In dieser Arbeit werden van der Waals Heterostrukturen mithilfe von Raman- und Photolumineszenz-Spektroskopie untersucht. Verdrehte Übergangsmetalldichalkogenid-Bilagen sind vielversprechende Materialien für die Forschung im Bereich Valleytronics und für zukünftige Applikationen.

Einige zweidimensionale Kristalle oxidieren bei Kontakt mit Luft. Dennoch ist die Langzeitstabilität der Proben unter Raumbedingungen essentiell für Anwendungen. Aus diesem Grund wird der Schutz gegen Raumluft durch die Einschließung von leicht oxidierendem Material zwischen hexagonalem Bornitrid demonstriert. In verdrehten MoSe₂-WSe₂ Heterostrukturen werden verschiedene Interlagen-Exzitonen-Peaks gefunden und durch ihre energetische Position, ihr spektrale Linienbreite und ihren g Faktor charakterisiert. Zeitaufgelöste Messungen der Valleypolarisation in starken Magnetfeldern zeigen lange Lebenszeiten und unterschiedliches Verhalten der verschiedenen Interlagen-Exzitonen. Des Weiteren werden Messungen der Interlagen-Scher-Mode zur Identifizierung der Stapelfolge von atomar rekonstruierten Bilagen genutzt. In verdrehten Probenstrukturen formt sich ein Moirémuster und der Verdrehwinkel kann mithilfe von gefalteten akustischen Phononen genau bestimmt werden. Somit eignet sich niederfrequente Raman Spektroskopie als ideale Methode zur Charakterisierung von Homo- und Heterobilagen.

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