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WSe光導波路におけるフェムト秒励起子ダイナミクス
Femtosecond exciton dynamics in WSe optical waveguides.
PMID: 32678086 DOI: 10.1038/s41467-020-17335-w.
抄録
原子レベルで層状になったヴァンデルワールス(vdW)結晶は、テラヘルツから可視光までの広い電磁スペクトル範囲で光導波路として機能することができます。一般的なSiベースの導波路とは異なり、vdW半導体は、静電ゲーティングや光励起などの非熱的刺激を用いて制御可能な強力な励起子共鳴をホストしています。ここでは、導波路モードを利用して、フェムト秒光パルスによる励起子の光誘起変化を調べた。時間分解走査型近接場光学顕微鏡を用いて、導波路モードの電場プロファイルを実空間と実時間で可視化し、フェムト秒光励起後の光学定数の時間発展を抽出した。導波路モードの位相速度をモニターすることで、WSeのコヒーレントな光スタークシフトとともに、インコヒーレントなA励起子の白化を検出した。
Van-der Waals (vdW) atomically layered crystals can act as optical waveguides over a broad range of the electromagnetic spectrum ranging from Terahertz to visible. Unlike common Si-based waveguides, vdW semiconductors host strong excitonic resonances that may be controlled using non-thermal stimuli including electrostatic gating and photoexcitation. Here, we utilize waveguide modes to examine photo-induced changes of excitons in the prototypical vdW semiconductor, WSe, prompted by femtosecond light pulses. Using time-resolved scanning near-field optical microscopy we visualize the electric field profiles of waveguide modes in real space and time and extract the temporal evolution of the optical constants following femtosecond photoexcitation. By monitoring the phase velocity of the waveguide modes, we detect incoherent A-exciton bleaching along with a coherent optical Stark shift in WSe.