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Roelcke, Carmen ; Kastner, Lukas Z. ; Graml, Maximilian ; Biereder, Andreas ; Wilhelm, Jan ; Repp, Jascha ; Huber, Rupert ; Gerasimenko, Yaroslav A.

Ultrafast atomic-scale scanning tunnelling spectroscopy of a single vacancy in a monolayer crystal

Roelcke, Carmen , Kastner, Lukas Z., Graml, Maximilian , Biereder, Andreas, Wilhelm, Jan , Repp, Jascha , Huber, Rupert und Gerasimenko, Yaroslav A. (2024) Ultrafast atomic-scale scanning tunnelling spectroscopy of a single vacancy in a monolayer crystal. Nature Photonics 18 (6), S. 595-602.

Veröffentlichungsdatum dieses Volltextes: 26 Mrz 2024 09:18
Artikel
DOI zum Zitieren dieses Dokuments: 10.5283/epub.57920


Zusammenfassung

Defects in atomically thin semiconductors and their moiré heterostructures have emerged as a unique testbed for quantum science. Strong light–matter coupling, large spin–orbit interaction and enhanced Coulomb correlations facilitate a spin–photon interface for future qubit operations and efficient single-photon quantum emitters. Yet, directly observing the relevant interplay of the electronic ...

Defects in atomically thin semiconductors and their moiré heterostructures have emerged as a unique testbed for quantum science. Strong light–matter coupling, large spin–orbit interaction and enhanced Coulomb correlations facilitate a spin–photon interface for future qubit operations and efficient single-photon quantum emitters. Yet, directly observing the relevant interplay of the electronic structure of a single defect with other microscopic elementary excitations on their intrinsic length, time and energy scales remained a long-held dream. Here we directly resolve in space, time and energy how a spin–orbit-split energy level of an isolated selenium vacancy in a moiré-distorted WSe2 monolayer evolves under the controlled excitation of lattice vibrations, using lightwave scanning tunnelling microscopy and spectroscopy. By locally launching a phonon oscillation and taking ultrafast energy-resolved snapshots of the vacancy’s states faster than the vibration period, we directly measure the impact of electron–phonon coupling in an isolated single-atom defect. The combination of atomic spatial, sub-picosecond temporal and millielectronvolt energy resolution marks a disruptive development towards a comprehensive understanding of complex quantum materials, where the key microscopic elementary interactions can now be disentangled, one by one.



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Verknüpfung von Datensätzen

  • [img] Roelcke, Carmen , Kastner, Lukas Z., Graml, Maximilian , Biereder, Andreas, Wilhelm, Jan , Repp, Jascha , Huber, Rupert und Gerasimenko, Yaroslav A. (2024) Ultrafast atomic-scale scanning tunnelling spectroscopy of a single vacancy in a monolayer crystal. Nature Photonics 18 (6), S. 595-602. [Gegenwärtig angezeigt]

Details

DokumentenartArtikel
Titel eines Journals oder einer ZeitschriftNature Photonics
Verlag:Nature Publishing Group
Band:18
Nummer des Zeitschriftenheftes oder des Kapitels:6
Seitenbereich:S. 595-602
Datum14 März 2024
InstitutionenPhysik > Institut für Theoretische Physik > Lehrstuhl Ferdinand Evers
Physik > Institut für Experimentelle und Angewandte Physik > Arbeitsgruppe Jascha Repp
Physik > Institut für Experimentelle und Angewandte Physik > Lehrstuhl Professor Huber > Arbeitsgruppe Rupert Huber
Projekte
Gefördert von: Europäische Kommission (EU) (951519)
Identifikationsnummer
WertTyp
10.1038/s41566-024-01390-6DOI
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-579209
Dokumenten-ID57920

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