Direct Visualization of Dark Interlayer Exciton Transport in Moiré Superlattices

激子 异质结 凝聚态物理 超晶格 比克西顿 飞秒 材料科学 量子阱 物理 光学 激光器
作者
Huan Liu,Jiangcai Wang,Shihong Chen,Zejun Sun,Haowen Xu,Yishu Han,Chong Wang,Huixian Liu,Li Huang,Jianbin Luo,Dameng Liu
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (1): 339-346 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c04105
摘要

Moiré superlattices have emerged as an unprecedented manipulation tool for engineering correlated quantum phenomena in van der Waals heterostructures. With moiré potentials as a naturally configurable solid-state that sustains high exciton density, interlayer excitons in transition metal dichalcogenide heterostructures are expected to achieve high-temperature exciton condensation. However, the exciton degeneracy state is usually optically inactive due to the finite momentum of interlayer excitons. Experimental observation of dark interlayer excitons in moiré potentials remains challenging. Here we directly visualize the dark interlayer exciton transport in WS2/h-BN/WSe2 heterostructures using femtosecond transient absorption microscopy. We observe a transition from classical free exciton gas to quantum degeneracy by imaging temperature-dependent exciton transport. Below a critical degeneracy temperature, exciton diffusion rates exhibit an accelerating downward trend, which can be explained well by a nonlinear quantum diffusion model. These results open the door to quantum information processing and high-precision metrology in moiré superlattices.
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