Ultrakurzzeit-Spektroskopie an zweidimensionalen Kristallen im äußeren Magnetfeld

In diesem Projekt soll die Kohärenz von Exzitonen und von exzitonischen Komplexen – wie geladenen Exzitonen, neutralen und geladenen Biexzitonen – in atomar dünnen Übergangsmetall-Dichalkogenid-Monolagen im äußeren Magnetfeld mittels zeitintegrierter Vierwellenmisch-Spektroskopie erforscht werden. Die Experimente sollen in Dreistrahl-Technik unter Anwendung verschiedener Polarisationskonfigurationen in einem Split-Coil-Magnetkryostaten durchgeführt werden. Der Fokus der Untersuchungen soll auf MoSe2-Monolagen liegen. In diesem Material sollen gezielt kohärente exzitonische Komplexe durch die Auswahl verschiedener Polarisationskonfigurationen erzeugt werden. Ziel ist die Untersuchung der quantenmechanischen Kopplung der Komplexe und der Vier- und Mehrteilchen-Korrelationen in einem äußeren Magnetfeld. Das Magnetfeld soll hierbei zunächst in Faraday-Konfiguration angelegt werden. Hier erwarten wir eine drastische Verstärkung der Mehrteilchen-Korrelationen und Signaturen nicht-Markovscher Gedächtniseffekte. Andererseits sollen auch Experimente in Voigt-Konfiguration durchgeführt werden, bei denen eine Mischung der Spinzustände erreicht werden kann. Die Auswirkungen dieser Mischung auf die Kohärenzeigenschaften der exzitonischen Komplexe sollen studiert werden. Zum Ende des Projekts sind auch Experimente an in hexagonalem Bornitrid (hBN) eingekapselten MoSe2-Monolagen und an MoSe2-WSe2-Heterostrukturen geplant. Die Einkapselung in hBN reduziert die inhomogene Verbreiterung und das Lokalisierungspotential für geladene Exzitonen in TMDC-Monolagen deutlich und kann potentiell auch auf Kohärenzzeiten Einfluss haben. In den MoSe2-WSe2-Heterostrukturen kann auf Grund der Typ-II-Bandanpassung und der damit einhergehenden Ladungstrennung photoangeregter Elektron-Loch-Paare die Elektronendichte im MoSe2 durch eine Zusatz-Laserbeleuchtung gezielt eingestellt werden. Es soll der Einfluss der Hintergrund-Ladungsträgerdichte auf die Kohärenzeigenschaften der exzitonischen Komplexe untersucht werden.