研究人员揭示了可以提高对莫尔超晶格理解的新物理学

研究人员揭示了可以提高对莫尔超晶格理解的新物理学

当两个具有不匹配晶格常数的相似原子层，层的单位单元之间的恒定距离和/或取向堆叠在一起时，所得双层可以表现出莫尔图案并形成莫尔超晶格。

莫尔图案是一种干涉图案，通常在具有重复图案的一个物体放置在具有相似图案的另一个物体上时出现。由原子层形成的莫尔超晶格可以展现出在单个层中没有的迷人现象，为许多领域的技术革命打开了大门，包括电力传输、信息工程和量子计算。

由加州大学河滨分校和中央研究院的研究人员领导的一个团队，将激光照射在由两种原子级薄材料堆叠而成的半导体莫尔超晶格上，单层二硒化钨 (WSe 2 ) 和单层二硒化钼 (MoSe 2 ) 。

这些三重子是 WSe 2 /MoSe 2结构的莫尔势阱中受限三重子状态，势能下降，表现出与传统三元显着不同的新特征，Chun Hung（Joshua）Lui说，加州大学河滨分校物理与天文学系助理教授，领导了这项研究。

图像显示了被困在莫尔势阱中的三元组。该平面代表具有简化莫尔图案的莫尔超晶格。三个摩尔纹单元以颜色突出显示。在它们之上是势能剖面。带有三个发光“球”的球体代表摩尔纹。（图片：Ella Maru 工作室，来自香港大学的 Hongyi Yu 和 Wang Yao；以及加州大学河滨分校的 Wangxiang Li 和 Joshua Lui）

这项发表在《自然》杂志上的研究（“Signatures of moiré trions in WSe2/MoSe2 heterobilayers”）为开发基于三元的量子光学发射器开辟了新的机会，并提供了探索莫尔物理学的新方法。

三重子是两个电子和一个空穴，或一个电子和两个空穴的束缚态。空穴是电子的空位。Trions 是具有额外电荷的原子级薄半导体中的主要发光体和能量载体。通过施加外部电压、电场或磁场，可以控制 Trion 的许多特性，例如它们的种群、发射极化和运动。Trions 的多功能可调性使其可用于光发射器、能量传输以及潜在的信息传输。

在同质半导体中，trion 可以自由移动和散射，从而产生宽广的光谱。然而，在莫尔超晶格中，三元被困在莫尔势阱附近并成为莫尔三元。它们在那里的限制可以防止随机散射。

我们发现摩尔纹三元的发射线比自由三元的发射线锐利 10 多倍，刘说，由于摩尔纹在空间上是孤立的，它们可以发射单光子，使它们成为量子信息技术的可行光源。

我们的工作指出了在周期性莫尔势阱中产生二维三元阵列的可能性，刘实验室的博士后研究员、研究论文的第一作者 Erfu Liu 说，这种 2D trion 阵列可能表现出空间相干性，揭示新物理学，并在激光技术中找到应用。

对莫尔条纹的研究还揭示了一些新的物理现象，可用于进一步研究莫尔超晶格。

众所周知，莫尔超晶格在其电子能带结构中包含许多‘迷你带’，刘说，这种迷你带对于莫尔超晶格中的超导性等迷人现象至关重要。由于这些迷你带之间的能量间隔很小，探测它们的详细结构具有挑战性。莫尔三重子激发了一种探测迷你带的新方法。

刘解释说，在电子带相对简单的传统半导体中，三重子衰变成相同的最终电子态，并且只显示一条发射线。但在具有多个电子迷你带的莫尔超晶格中，三元子可以衰变成不同迷你带的状态，他说。

这将产生多条发射线，这些线的能量分离反映了微带的能量间隔，他补充道，我们的结果支持莫尔三元的这种新行为，并表明可以开发莫尔三元光谱来探测莫尔超晶格中的电子。

鉴于莫尔三元的新颖特征，吕预计莫尔三元的研究将引起广泛关注。

事实上，英国赫瑞瓦特大学、新加坡南洋理工大学和中国清华大学的研究人员最近也报道了关于摩尔纹的相关研究，他说。