Coherent Light-Matter Interactions in Monolayer Transition-Metal Dichalcogenides

این پایان‌نامه روش‌های نوری را برای تقسیم سطوح انرژی دره‌های الکترونیکی در دی‌کالکوژنیدهای فلزی انتقالی (TMD) با استفاده از برهم‌کنش‌های منسجم نور-ماده ارائه می‌کند. دره های الکترونیکی موجود در TMD های تک لایه مانند MoS2، WS2 و WSe2 از جمله ویژگی های جدیدی هستند که توسط نیمه هادی ها هنگام نازک شدن به چند لایه اتمی به نمایش گذاشته می شوند و به عنوان روشی جدید برای انتقال اطلاعات در دستگاه های نسل بعدی پیشنهاد شده اند. به اصطلاح valleytronics). با این حال، این دره ها معمولاً در همان سطح انرژی قفل می شوند، که استفاده بالقوه آنها را برای برنامه ها محدود می کند. نویسنده آزمایش‌هایی را که با تکنیک پمپ-کاوشگر با استفاده از طیف‌سنجی جذب گذرا روی MoS2 و WS2 انجام شده است، توصیف می‌کند. نشان داده شده است که هیبریداسیون دره‌های الکترونیکی با نور به فرد اجازه می‌دهد تا سطوح انرژی آنها را به شیوه‌ای کنترل‌پذیر انتخابی دره تنظیم کند. به طور خاص، با استفاده از نور قطبی دایره‌ای خارج از تشدید در جداسازی کوچک، می‌توان سطح انرژی یک دره را از طریق اثر نوری استارک تنظیم کرد. همچنین مشاهداتی، با تفکیک بزرگتر، از مشارکت مجزا از به اصطلاح اثر بلوخ--زیگرت، یک پدیده ظریف که از مشاهده مستقیم در جامدات طفره رفته است، ارائه شده است. این دو اثر از قوانین انتخاب مخالف تبعیت می‌کنند، و فرد را قادر می‌سازد تا دو اثر را در دو دره متفاوت از هم جدا کند.

This thesis presents optical methods to split the energy levels of electronic valleys in transition-metal dichalcogenides (TMDs) by means of coherent light-matter interactions. The electronic valleys found in monolayer TMDs such as MoS2, WS2, and WSe2 are among the many novel properties exhibited by semiconductors when thinned down to a few atomic layers, and have have been proposed as a new way to carry information in next generation devices (so-called valleytronics). These valleys are, however, normally locked in the same energy level, which limits their potential use for applications. The author describes experiments performed with a pump-probe technique using transient absorption spectroscopy on MoS2 and WS2. It is demonstrated that hybridizing the electronic valleys with light allows one to optically tune their energy levels in a controllable valley-selective manner. In particular, by using off-resonance circularly polarized light at small detuning, one can tune the energy level of one valley through the optical Stark effect. Also presented within are observations, at larger detuning, of a separate contribution from the so-called Bloch--Siegert effect, a delicate phenomenon that has eluded direct observation in solids. The two effects obey opposite selection rules, enabling one to separate the two effects at two different valleys.