Ultraschnelle THz- und Infrarot-Spektroskopie stark gebundener Exzitonen in GaN, ZnO und Übergangsmetall-Dichalkogeniden

• Antragsteller: Dr. Jan Heye Buß
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 252360477

Innerhalb des Forschungsvorhabens soll die Dynamik von Exzitonen mit hohen Bindungsenergien und die des Elektron-Lochplasmas (EHP) in den Halbleitersystemen Galliumnitrid (GaN), Zinkoxid (ZnO) und in Multi- und Monolagen von Übergangsmetal-Dichalkogeniden (transition metal dichalcogenides, TMDC) mittels zeitaufgelöster Optischer-Pump-Terahertz-Probe- bzw. Nahinfrarot-Probe-Spektroskopie (THz/IR-PP) untersucht werden. Die Methoden der zeitaufgelösten Terahertz- & NIR-Spektroskopie ermöglichen hierbei sowohl das Studium niederenergetischer Exzitonen und deren Anregungszustände, als auch die Untersuchung der Exzitonendynamik für große Impulse, welche mit rein optischen Methoden nur indirekt oder überhaupt nicht zugänglich sind. Die Schwerpunkte des ersten Projektteils liegen auf der Untersuchung der Besetzungsdynamik donator- und akzeptorgebundener Exzitonenzustände in GaN und ZnO und der Erzeugung von stimulierter Emission innerhalb dieser Zustände im Bereich von 0,8 THz bis 11,5 THz unter resonanter Anregung intraexzitonischer Übergänge. Im zweiten Projektteil soll die Exzitonen- und Ladungsträgerdynamik in den TMDC Molybdändisulfid- Monolagen (MoS2), in kontaktierten Multi- und Monolagen Wolframdiselenids (WSe2) sowie in Titandiselenid (TiSe2) untersucht werden. Die direkte Bandlücke der Dichalkogenidmonolagen MoS2 und WSe2 bietet weitreichende Perspektiven zur Realisierung ultradünner Transistoren, sowie zur Anwendung in optoelektronischen Bauteilen mit Potential für sogenannte Spin- und Valleytronik. Es soll erstmals die Exzitonendynamik mittels zeitaufgelöster THz/IR-PP-Spektroskopie und die Dynamik von Spin- und Valleyeffekten durch zeitaufgelöste Kerr- und Faraday-Rotations-Spektroskopie (TRKR & TRFR) untersucht werden. In 1T-TiSe2 bilden sich unterhalb einer kritischen Temperatur TC Ladungsdichtewellen (charge density wave, CDW) unter Ausformung einer periodischen 2 × 2 × 2-Superstruktur aus, deren Ursache wahrscheinlich ein exzitonischer Isolatorzustand zugrunde liegt. Hier soll die Dynamik des CDW-gaps sowie der starken Elektron-Phonon-Kopplung in 1T-TiSe2 mittels zeitaufgelöster THz/IR-PP-Spektroskopie untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Robert Kaindl