Ultrafast Band Structure Control of a Two-Dimensional Heterostructure
Søren Ulstrup, Antonija Grubišić Čabo, Jill A. Miwa, Jonathon M. Riley, Signe S. Grønborg, Jens C. Johannsen, Cephise Cacho, Oliver Alexander, Richard T. Chapma… 展开作者
Søren Ulstrup, Antonija Grubišić Čabo, Jill A. Miwa, Jonathon M. Riley, Signe S. Grønborg, Jens C. Johannsen, Cephise Cacho, Oliver Alexander, Richard T. Chapman, Emma Springate, Marco Bianchi, Maciej Dendzik, Jeppe V. Lauritsen, Phil D. C. King, Philip Hofmann
The electronic structure of two-dimensional (2D) semiconductors can be significantly altered by screening effects, either from free charge carriers in the material itself, or by environmental screening from the surrounding medium. The physical properties of 2D semiconductors placed in a heterostructure with other 2D materials are therefore governed by a complex interplay of both intra- and inter-layer interactions. Here, using time- and angle-resolved photoemission, we are able to isolate both the layer-resolved band structure and, more importantly, the transient band structure evolution of a model 2D heterostructure formed of a single layer of MoS$_2$ on graphene. Our results reveal a pronounced renormalization of the quasiparticle gap of the MoS$_2$ layer. Following optical excitation, the band gap is reduced by up to $\sim\!$400 meV on femtosecond timescales due to a persistence of strong electronic interactions despite the environmental screening by the $n$-doped graphene. This points to a large degree of tuneability of both the electronic structure and electron dynamics for 2D semiconductors embedded in a van der Waals-bonded heterostructure.
Tunnel-Barrier-Engineered Ultrafast Demagnetization and Spin Transport in Graphene-Based Heterostructures
S. N. Bose National Center for Basic Sciences（S.N. 玻色基础科学国家中心）；Indian Institute of Science Education and Research Kolkata（加尔各答印度科学与教育研究所）；Uppsala University（乌普萨拉大学）
Light-matter interactions in layered materials and heterostructures: from moiré physics and magneto-optical effects to ultrafast dynamics and hybrid meta-photonics
A new type-II lepidocrocite-type TiO2/GaSe heterostructure: Electronic and optical properties, bandgap engineering, interaction with ultrafast laser pulses
Low-temperature nanoscale heat transport in a gadolinium iron garnet heterostructure probed by ultrafast x-ray diffraction
利用时间分辨X射线衍射技术研究了Pt/Gd 3Fe 5 O 12//Gd 3Ga 5 O 12金属/氧化物异质结的低温热输运性质。脉冲飞秒光信号在Pt层中产生快速的温度上升，随后热传输到Gd 3Fe 5 O 12（GdIG）薄膜和Gd 3Ga 5 O 12（GGG）衬底中。使用基于加速器的飞秒X射线源跟踪来自GdIG层的X射线衍射的时间依赖性。超快衍射测量探测GdIG（1 - 1 2）X射线反射在掠入射X射线衍射几何结构中的强度。的衍射X射线强度的变化与模型，包括热传输和GdIG晶格参数的温度依赖性的比较允许的Pt/GdIG和GdIG//GGG接口的热导率被确定。GdIG层的低温热膨胀性质的互补同步加速器X射线衍射研究提供了GdIG晶格参数的温度依赖性的精确校准。从时间分辨衍射研究确定的Pt/GdIG和GdIG//GGG接口的界面热导是相同的数量级的金属/氧化物和外延介电界面的先前报告。Pt/GdIG//GGG异质结构的热参数将有助于热传输器件和纳米结构的设计和实现。
Ultrafast spectroscopy of propagating coherent acoustic phonons in GaN/InGaN heterostructures
我们发现，大振幅，相干声学声子波包可以产生和检测在$_x$ Ga $_{1-x}$ N/GAN外延层和异质结构在飞秒泵浦探测差分反射率实验。相干声子的振幅随着铟分数$x$的增加而增加，并且与其他相干声子振荡不同，\textit{amplitude}和\textit{period}都是激光探针能量的强函数。当波包到达表面下方的GaN-蓝宝石界面时，振荡的幅度基本上且几乎瞬间减小，这表明声子波包对于表面下方的成像是有用的。提出了一个理论模型，该模型与实验符合得很好，并有助于推导声子波包的强度。我们的模型表明，局域相干声子波包产生的飞秒泵浦激光在外延层的表面附近。然后，波包通过GAN层传播，主要通过Franz-Keldysh效应改变局部折射率，从而调制探测光束的反射率。我们的模型正确地预测了实验依赖于探针波长以及外延层厚度。
Ultrafast transport and energy relaxation of hot electrons in Au/Fe/MgO(001) heterostructures analyzed by linear time-resolved photoelectron spectroscopy
Exciton-phonon coupling induces new pathway for ultrafast intralayer-to-interlayer exciton transition and interlayer charge transfer in WS2-MoS2 heterostructure: a first-principles study
Using ultrashort optical pulses to couple ferroelectric and ferromagnetic order in an oxide heterostructure
利用时间分辨二次谐波（SHG）技术研究铁电/铁磁氧化物异质结构，实现了超快时间尺度上电磁序耦合的全光检测和控制.我们利用飞秒光脉冲改变Ba $_{0.1}$ Sr $_{0.9}$ TiO $_{3}$（BSTO）/La $_{0.7}$ Ca $_{0.3}$ MnO $_{3}$（LCMO）异质结的自旋取向，并利用二次谐波选择性地探测铁电响应。在这种异质结构中，泵浦脉冲光激发LCMO中的非平衡准粒子，这些准粒子在几十皮秒的时间尺度上经历自旋晶格弛豫之前与声子快速相互作用。这减少了LCMO中的自旋-自旋相互作用，通过磁致伸缩对BSTO施加应力。然后，这通过压电效应在比从LCMO到BSTO的激光诱导热扩散快得多的时间尺度上修改FE极化。因此，我们已经证明了超快间接磁电效应介导的FE/FM异质结构通过弹性耦合，与时间尺度主要由自旋晶格弛豫FM层。
Sharp enhancement on thermoelectric figure-of-merit of post-transition metal chalcogenides (PTMCs) using heterostructures with Mexican-hat valence band
后过渡金属硫族化合物（PTMCs）如GaSe、GaS、InSe和InS已被提出作为有前途的热电材料，这是由于低晶格电导率、高塞贝克系数以及期望当减薄到几层时其优值（figure of merit）随着能带结构转变为墨西哥帽价带（MHVB）而改善。在这里，我们表明，从头计算的MHVB应该存在，即使在厚膜的InSe/GaSe II型异质结构，和50%的增强在室温下的热电系数的优值zT预期相比，散装InSe。
Exciton multipolarity controls coherent and squeezed phonons in van der Waals heterostructures
Newcastle University（纽卡斯尔大学）；Imperial College London（帝国理工学院）；Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所）；Flatiron Institute, Simons Foundation（西蒙斯基金会平顿研究所）
Electronic and optical properties of beryllium chalcogenides/silicon heterostructures
我们用半经验$sp^{3}s^{*}$紧束缚方法计算了Si/BeSe $_{0.41}$ Te $_{0.59}$异质结的电子和光学性质。紧束缚参数和能带弯曲的BeSe $_{0.41}$ Te $_{0.59}$被认为是通过最近的高度失配的半导体合金模型。能带弯曲和导带偏移的测量导致Si/BeSe $_{0.41}$ Te $_{0.59}$的II型异质结构，导带最小值在Si层中，价带最大值在BeSe $_{0.41}$ Te $_{0.59}$层中。研究了不同（Si）$_{2})_{n }$ /（BeSe）$_{0.41}$ Te $_{0.59})_{m}$ [001]超晶格的电子结构和光学性质。在体硅的带隙内发现了两个界面态带。我们的计算表明，光学边缘低于体硅的基本带隙和过渡是光学允许的。
Ultrafast Spin-To-Charge Conversion at the Surface of Topological Insulator Thin Films
强自旋-轨道耦合导致自旋-动量锁定表面态的形成，赋予拓扑绝缘体优越的自旋-电荷转换特性，尽管支配它的动力学仍然难以捉摸。在这里，我们提出了一种全光学方法，使前所未有的跟踪超快动力学的自旋-电荷转换的原型拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$ /铁磁Co异质结构，下至亚皮秒的时间尺度。与纯Bi $_2$ Se $_3$或Co相比，我们观察到异质结构中的巨太赫兹发射，而不是源于自旋-电荷转换，其中拓扑表面态起着至关重要的作用。我们确定了一个0.12皮秒的时间尺度，设定了拓扑绝缘体的自旋到电荷转换过程的技术速度限制。此外，我们表明，自旋-电荷转换效率是温度无关的Bi $_2$ Se $_3$预期从表面状态的性质，铺平了道路，为设计下一代高速光自旋电子器件的基础上拓扑绝缘体在室温下。
