[论文解读] Exciton valley dynamics in monolayer WSe2 probed by ultrafast Kerr rotation

Tengfei Yan, Xiaofen Qiao+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2015

2D Materials and Applications被引用 3

一句话总结

本研究采用非共振泵浦-探测技术的超快克尔旋转，研究了单层WSe2中的激子谷动力学。通过调节探测激光能量，测量了不同激子态的谷弛豫时间，确认弛豫时间在几皮秒量级，并在中性激子弛豫后观察到三激子中残留的谷极化。

ABSTRACT

We studied the exciton valley dynamics in monolayer WSe2 by magnetic optical Kerr effect using non-resonance pump-probe technique. By tuning the probe laser energy, the valley relaxation time of different excitonic states are determined. Valley relaxation time in monolayer WSe2 is confirmed to be several picoseconds. The residual valley polarization of trion is observed after the relaxation of neutral exciton states.

研究动机与目标

• 采用时间分辨光学技术研究单层WSe2中激子态的谷动力学。
• 测定WSe2中中性激子和带电三激子的谷弛豫时间。
• 研究中性激子弛豫后三激子谷极化的持续性。
• 阐明探测激光能量调谐在分辨不同激子态动力学中的作用。

提出的方法

• 采用非共振泵浦-探测装置，利用超快激光脉冲激发并探测样品。
• 利用磁光克尔效应通过探测光偏振的旋转来检测谷极化动力学。
• 系统调节探测激光能量，选择性探测不同激子态（中性激子和三激子）。
• 测量时间分辨克尔旋转信号，从极化衰减中提取谷弛豫时间。
• 分析谷极化的时序演化，以区分中性激子与三激子的贡献。
• 应用时域分析，从克尔旋转信号的衰减曲线中提取弛豫时间。

实验结果

研究问题

• RQ1 单层WSe2中不同激子态的谷弛豫时间是多少？
• RQ2 中性激子弛豫后，三激子的谷极化如何演化？
• RQ3 探测激光能量在多大程度上影响对不同激子动力学的分辨？
• RQ4 中性激子弛豫后，三激子中是否存在可测量的残留谷极化？

主要发现

• 单层WSe2中性激子的谷弛豫时间在数皮秒量级。
• 在中性激子态弛豫完成后，观察到三激子中存在残留谷极化。
• 调节探测激光能量可选择性探测不同激子态，揭示其各自的弛豫动力学。
• 磁光克尔效应成功实现了对谷极化动力学的高时间分辨率检测。
• 本研究证实三激子中存在长寿命的谷极化，表明其在谷电子学应用中的潜力。
• 不同探测能量下的弛豫动力学一致，表明所测时间尺度具有鲁棒性。