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Ultrafast Coherent Exciton Couplings and Many-Body Interactions in Monolayer WS2
Nano Letters ( IF 9.1 ) Pub Date : 2024-06-20 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c01991 Daniel Timmer 1 , Moritz Gittinger 1 , Thomas Quenzel 1 , Alisson R Cadore 2 , Barbara L T Rosa 2 , Wenshan Li 2 , Giancarlo Soavi 2 , Daniel C Lünemann 1 , Sven Stephan 1 , Martin Silies 1 , Tommy Schulz 3 , Alexander Steinhoff 3 , Frank Jahnke 3 , Giulio Cerullo 4, 5 , Andrea C Ferrari 2 , Antonietta De Sio 1, 6 , Christoph Lienau 1, 6
Nano Letters ( IF 9.1 ) Pub Date : 2024-06-20 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c01991 Daniel Timmer 1 , Moritz Gittinger 1 , Thomas Quenzel 1 , Alisson R Cadore 2 , Barbara L T Rosa 2 , Wenshan Li 2 , Giancarlo Soavi 2 , Daniel C Lünemann 1 , Sven Stephan 1 , Martin Silies 1 , Tommy Schulz 3 , Alexander Steinhoff 3 , Frank Jahnke 3 , Giulio Cerullo 4, 5 , Andrea C Ferrari 2 , Antonietta De Sio 1, 6 , Christoph Lienau 1, 6
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Transition metal dichalcogenides (TMDs) are quantum confined systems with interesting optoelectronic properties, governed by Coulomb interactions in the monolayer (1L) limit, where strongly bound excitons provide a sensitive probe for many-body interactions. Here, we use two-dimensional electronic spectroscopy (2DES) to investigate many-body interactions and their dynamics in 1L-WS2 at room temperature and with sub-10 fs time resolution. Our data reveal coherent interactions between the strongly detuned A and B exciton states in 1L-WS2. Pronounced ultrafast oscillations of the transient optical response of the B exciton are the signature of a coherent 50 meV coupling and coherent population oscillations between the two exciton states. Supported by microscopic semiconductor Bloch equation simulations, these coherent dynamics are rationalized in terms of Dexter-like interactions. Our work sheds light on the role of coherent exciton couplings and many-body interactions in the ultrafast temporal evolution of spin and valley states in TMDs.
中文翻译:
单层 WS2 中的超快相干激子耦合和多体相互作用
过渡金属二硫化物 (TMD) 是具有有趣光电特性的量子限制系统,受单层 (1L) 极限中的库仑相互作用控制,其中强束缚激子为多体相互作用提供了灵敏的探针。在这里,我们使用二维电子光谱 (2DES) 在室温下以亚 10 fs 时间分辨率研究 1L-WS 2中的多体相互作用及其动力学。我们的数据揭示了 1L-WS 2中强烈失谐的 A 和 B 激子态之间的相干相互作用。 B 激子瞬态光学响应的显着超快振荡是两个激子态之间相干 50 meV 耦合和相干布居振荡的特征。在微观半导体布洛赫方程模拟的支持下,这些相干动力学根据类似德克斯特的相互作用被合理化。我们的工作揭示了相干激子耦合和多体相互作用在 TMD 中自旋和谷态超快时间演化中的作用。
更新日期:2024-06-20
中文翻译:

单层 WS2 中的超快相干激子耦合和多体相互作用
过渡金属二硫化物 (TMD) 是具有有趣光电特性的量子限制系统,受单层 (1L) 极限中的库仑相互作用控制,其中强束缚激子为多体相互作用提供了灵敏的探针。在这里,我们使用二维电子光谱 (2DES) 在室温下以亚 10 fs 时间分辨率研究 1L-WS 2中的多体相互作用及其动力学。我们的数据揭示了 1L-WS 2中强烈失谐的 A 和 B 激子态之间的相干相互作用。 B 激子瞬态光学响应的显着超快振荡是两个激子态之间相干 50 meV 耦合和相干布居振荡的特征。在微观半导体布洛赫方程模拟的支持下,这些相干动力学根据类似德克斯特的相互作用被合理化。我们的工作揭示了相干激子耦合和多体相互作用在 TMD 中自旋和谷态超快时间演化中的作用。