Ausbreitungsdynamik von Exziton-Elektron Verbünden in atomar-dünnen Halbleitern

• Antragsteller: Professor Dr. Alexey Chernikov; Professor Dr. Ermin Malic
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542873285

Atomar-dünne Schichten von halbleitenden Übergangsmetalldichalkogeniden sind eine hervorragende Materialplattform zur Untersuchung wechselwirkender elektronischer Vielteilchenzustände. Ein besonders interessantes Szenario, das sowohl aus der Sicht der Grundlagenforschung als auch Anwendungen relevant ist, sind die Mischzustände gebundener Elektron-Loch-Komplexe, sogenannter Exzitonen, und freier Ladungsträger. Die Eigenschaften dieser zusammengesetzten Bose-Fermi-Gase sind aufgrund ihres starken Einflusses auf die optische Antwort der Materialien Gegenstand intensiver Forschung. Allerdings, während die Physik der resultierenden Trion- und Fermi-Polaron-Komplexe im statischen Fall gut verstanden ist, so bleibt wenig über die Ausbreitungsdynamik dieser Zustände im Hinblick auf lineare als auch nichtlineare Phänomene bekannt. Darüber hinaus eröffnen die kürzlich nachgewiesene Wigner-Phasen von Elektronen in Monolagenhalbleitern unter experimentell zugänglichen Bedingungen Studien eines sehr ungewöhnlichen Systems, bei dem sich Exzitonen durch den Elektronenkristall bewegen. Insgesamt, motiviert es das Hauptziel dieses Projektes, ein mikroskopisches Verständnis der Vielteilchenprozesse zu entwickeln, welche die Ausbreitungsdynamik von Exziton-Elektron-Komplexen in atomar dünnen Halbleitern bestimmen. Die Schwerpunkte liegen auf dem Verständnis nichtlinearer Phänomene, die mit den Mischzuständen von Exzitonen und freien Ladungsträgern verbunden sind, sowie auf dem Einfluss korrelierter elektronischer Wigner-Zustände auf den Exzitonentransport. Durch Kombination mikroskopischer Vielteilchenmethoden mit transienter Mikroskopie an elektrisch-kontaktierten Proben soll das Verhalten exzitonischer Komplexe in Anwesenheit freier Ladungsträger als Funktion der Zeit-, Energie- und Raumkoordinaten untersucht werden. Es wird uns ermöglichen, den Einfluss elektronischer Korrelationen auf die Dynamik von Exzitonenkomplexen zu verstehen sowie deren Rolle für den Transport optischer Anregungen aufzuzeigen. Damit soll ein umfassendes Bild nichtlinearer Phänomene mobiler Exziton-Elektron-Quasiteilchen entwickelt werden, das auf dem grundlegenden Verständnis der Wechselwirkungen basiert als auch Strategien zur externen Kontrolle dieser Zustände eröffnet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen