論文の概要: Spatiotemporal dynamics of moiré excitons in van der Waals heterostructures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.11812v1
• Date: Mon, 15 Sep 2025 11:48:43 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-16 17:26:23.256896
• Title: Spatiotemporal dynamics of moiré excitons in van der Waals heterostructures
• Title（参考訳）: van der Waalsヘテロ構造におけるモアレ励起子の時空間ダイナミクス
• Authors: Giuseppe Meneghini, Samuel Brem, Ermin Malic,
• Abstract要約: 遷移金属ジアルゲナイド(TMD)のヘテロ構造は、光電子工学においてユニークな機会を与える。 TMDは、強い光-物質相互作用と双極子間励起子の形成により、光エレクトロニクスにおいてユニークな機会を提供する。 近年の進歩は、モワールパターン系における層間励起子の直接観察と制御を可能にしている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Heterostructures of transition metal dichalcogenides (TMDs) offer unique opportunities in optoelectronics due to their strong light-matter interaction and the formation of dipolar interlayer excitons. Introducing a twist angle or lattice mismatch between layers creates a periodic moir\'e potential that significantly reshapes the energy landscape and introduces a high-dimensional complexity absent in aligned bilayers. Recent experimental advances have enabled direct observation and control of interlayer excitons in such moir\'e-patterned systems, yet a microscopic theoretical framework capturing both their thermalization and spatiotemporal dynamics remains lacking. Here, we address this challenge by developing a predictive, material-specific many-body model that tracks exciton dynamics across time, space, and momentum, fully accounting for the moir\'e potential and the complex non-parabolic exciton band structure. Surprisingly, we reveal that flat bands, which typically trap excitons, can significantly enhance exciton propagation. This counterintuitive behavior emerges from the interplay between the flat-band structure giving rise to a bottleneck effect for exciton relaxation and thermal occupation dynamics creating hot excitons. Our work not only reveals the microscopic mechanisms behind the enhanced propagation but also enables the control of exciton transport via twist-angle engineering. These insights lay the foundation for next-generation moir\'e-based optoelectronic and quantum technologies.
• Abstract（参考訳）: 遷移金属ジアルコゲナイド(TMD)のヘテロ構造は、強い光-物質相互作用と双極子間励起子の形成により、光エレクトロニクスにおいてユニークな機会を与える。 層間におけるツイスト角や格子ミスマッチの導入は、エネルギー景観を著しく再認識する周期的なモワールポテンシャルを生じさせ、整列二層膜に存在しない高次元の複雑さをもたらす。 近年の実験的進歩により、モワールパターン系における層間励起子の直接観察と制御が可能となったが、その熱化と時空間力学の両方を捉える微視的理論的枠組みは依然として欠如している。 ここでは、時間、空間、運動量にわたる励起子ダイナミクスをトラックする予測的、物質固有の多体モデルを開発することにより、この課題に対処する。 驚くべきことに、通常、励起子をトラップする平らなバンドは、励起子伝播を著しく向上させることができる。 この反直感的行動は、励起子緩和のボトルネック効果と熱励起子を生じる熱的占有ダイナミクスを生じるフラットバンド構造間の相互作用から生じる。 我々の研究は、拡張伝播の背後にある微視的なメカニズムを明らかにするだけでなく、ツイスト・アングル・エンジニアリングによるエキシトン輸送の制御も可能にしている。 これらの知見は、次世代のモワール系光電子・量子技術の基礎を築いた。

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