Trions在莫尔超晶格中表现出新的特征

当具有不匹配的晶格常数(层的晶胞之间的恒定距离)和/或取向的两个相似原子层堆叠在一起时,所得的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 )发现了一类新的电子激发态,称为“摩尔纹”。

“这些trions,其被限制TRION状态在莫尔势阱-DIPS在势能-of的WSE 2 /摩西2的结构,表现出与常规的trions明显不同新颖的特性,”春洪(书)吕,所述一个领导这项研究的加州大学河滨分校物理与天文学系助理教授。

该研究于 6 月 2 日发表在《自然》杂志上,为开发基于 Trion 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,”Lui 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,”Lui 实验室的博士后研究员、该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。”

对莫尔三元组的研究还揭示了一些新的物理学,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’,”Lui 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性,吕预计莫尔三元的研究会引起广泛关注。

“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。“我相信莫尔特里昂研究将在未来激增并带来许多令人兴奋的发现。”

该研究论文的标题是“WSe 2 /MoSe 2异质双层中莫尔三元的特征”。

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