物性物理学：モアレ層間励起子の時間的・空間的形成

原子層ファンデルワールスヘテロ構造におけるモアレ超格子は、電子寿命やバレー寿命の広範な制御、人工モアレ格子における励起子の閉じ込め、エキゾチック量子相の形成に非常に有望である。ヘテロ構造の異なる層に正孔と電子が局在する層間励起子では、そうしたモアレ誘起創発現象が特に強い。相関モアレや励起子の物理の潜在能力を最大限利用するには、超高速層間励起子形成過程や実空間波動関数閉じ込めの十分な理解が不可欠である。今回我々は、フェムト秒光電子運動量顕微鏡法によって、こうしたモアレ層間励起子の主要特性が定量的に得られることを示す。我々は第一に、層間励起子が、フェムト秒励起子–フォノン散乱とそれに続く層間混成Σバレーにおける電荷移動を通して、主に形成されることを明らかにした。第二に、層間励起子が、モアレ超格子変化の直接的な特徴である運動量フィンガープリントを示すことを明らかにした。第三に、励起子の電子部分の波動関数分布を再構成し、サイズを実空間モアレ超格子と比較した。今回の研究によって、時間的・空間的層間励起子形成ダイナミクスが直接得られるとともに、エキゾチック量子物質相を将来実現するために相関モアレと励起子の物理を調べる機会が明らかになった。

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