Uusia ominaisuuksia moiré-superhiloissa

Kuvassa moiré-potentiaalikaivon loukussa oleva trioni. Taso edustaa yksinkertaisella moiré-kuviolla olevaa moiré-superhilaa. Kolmea moiré-solua on korostettu väreillä ja niiden yllä on potentiaalinen energiaprofiili. Pallo, jossa on kolme hehkuvaa "palloa", edustaa moiré-trionia.

Suurempi kuva

UC Riversiden johtaman tutkimuksen paljastama uusi fysiikka voi parantaa moiré-superhilojen ymmärtämistä.

Kun kaksi samanlaista atomikerrosta, joissa on epäsuhteiset hilavakiot - tasainen etäisyys kerrosten yksikkösolujen välillä - ja/tai suunta on pinottu yhteen, tuloksena oleva kaksikerrosrakenne voi osoittaa moiré-kuvion ja muodostaa moiré-superhilan.

Atomikerrosten muodostamat Moirén superhilat voivat osoittaa kiehtovia ilmiöitä, joita ei löydy yksittäisistä kerroksista, avaten oven teknologisille vallankumouksille monilla alueilla, mukaan lukien sähkönsiirto, tietotekniikka ja kvanttilaskenta.

Valaisemalla laservaloa puolijohtavaan moiré-superhiloihin, jotka muodostuvat pinoamalla kaksi yksikerroksista eli volframidiselenidin (WSe2) ja molybdeenidiselenidin (MoSe2) yhteen, tutkijat löysivät uuden luokan sähköisiä virittyneitä tiloja nimeltä moiré-trioneja.

"Nämä trionit, jotka ovat suljettuja trionitiloja moiré-potentiaalikaivoissa osoittavat uusia ominaisuuksia, jotka eroavat huomattavasti tavanomaisten trionien ominaisuuksista", sanoi tutkimusta johtanut apulaisprofessori Chun Hung (Joshua) Lui.

Tutkimus avaa uusia mahdollisuuksia kehittää Trioni-pohjainen kvanttioptinen emitteri ja tarjoaa uusia lähestymistapoja tutkia moiré-fysiikkaa.

Trioni on kahden elektronin ja yhden aukon tai yhden elektronin ja kahden aukon sitoutunut tila. Trionit ovat hallitsevia valonsäteilijöitä ja energian kantajia atominohuissa puolijohteissa ylimääräisillä varauksilla. Ulkoisia jännitteitä, sähkö- tai magneettikenttiä käyttämällä voidaan hallita monia trionien ominaisuuksia, kuten niiden populaatiota, emissiopolarisaatiota ja liikettä. Trionien monipuolinen viritettävyys tekee niistä hyödyllisiä valoemittereille, energiansiirrolle ja mahdollisesti tiedonsiirrolle.

Homogeenisissa puolijohteissa trionit voivat liikkua ja sirota vapaasti, jolloin saadaan laaja optinen spektri. Moiré-superhiloissa trionit jäävät loukkuun lähellä moiré-potentiaalikaivoja ja niistä tulee moiré-trioneja. Niiden rajoittuminen kaivoihin estää satunnaisen sironnan.

"Löysimme. että moiré-trionien emissiolinjat ovat yli 10 kertaa terävämpiä kuin vapailla trioneilla", Lui sanoo. "Koska moiré-trionit ovat alueellisesti eristettyjä, ne voivat emittoida yksittäisiä fotoneja, mikä tekee niistä mahdollisen optisen lähteen kvanttitietotekniikalle."

"Työmme viittaa mahdollisuuteen tuottaa kaksiulotteisia trioniryhmiä jaksollisissa moiré-potentiaalikaivoissa", kertoi Luin laboratorion tutkijatohtori Erfu Liu. "Tällaiset 2D-trioniryhmät voivat osoittaa alueellista yhtenäisyyttä, paljastaa uutta fysiikkaa ja löytää sovelluksia lasertekniikassa."

Moiré-trionien tutkimus paljastaa myös uutta fysiikkaa, josta voi olla hyötyä moiré-superhilojen jatkokehityksessä.

Aiheesta aiemmin:

Uutta valoa 2D-nanolasereista

Kohti kolmatta ulottuvuutta