Onderzoekers observeren moiré-trions in H-gestapelde overgangsmetaal dichalcogenide dubbellagen

In de natuurkunde is het moirépatroon een specifiek geometrisch ontwerp waarin reeksen rechte of gebogen lijnen op elkaar zijn geplaatst. Recente studies hebben aangetoond dat dubbellagen van overgangsmetaal dichalcogenide materialen gerangschikt in moiré patronen bijzonder veelbelovend kunnen zijn voor het bestuderen van elektronische fenomenen en excitonen (dwz concentraties van energie in kristallen gevormd door een geëxciteerd elektron en een bijbehorend gat).

Overgangsmetaal dichalcogenide moiré dubbellagen hebben gunstige eigenschappen voor het bestuderen van zowel elektronische als excitonische fysische verschijnselen, waaronder sterke Coulomb-interacties. Eerdere onderzoeken hebben deze systemen met succes gebruikt om verschillende interessante ontdekkingen te doen, zoals exotische ladingsorders bij zowel gehele als fractionele vullingen.

Onderzoekers van de Universiteit van Washington en andere instituten over de hele wereld hebben onlangs een studie uitgevoerd waarin specifiek een overgangsmetaal-dichalcogenide-moiré-systeem is onderzocht dat bestaat uit molybdeendiselenide (MoSe₂)/wolfraamdiselenide (WSe₂) heterobilayers, hun paper, gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie, rapporteert de waarneming van in moiré gerangschikte trions (dwz gelokaliseerde excitaties bestaande uit drie geladen deeltjes) in H-gestapelde MoSe₂/WSe₂ heterobilagen.

“Periodiek moiré-potentieel komt van nature voor in overgangsmetaal dichalcogenides moiré superroosters. Enkele jaren geleden, we voorzagen dat het periodieke potentieel kan functioneren als arrays van kwantumstippen,” vertelde Wang Yao, een van de onderzoekers die het onderzoek uitvoerde, aan TechXplore. “Op basis van dit idee, ons team gedemonstreerd laad neutrale moiré-excitons op in gedraaide MoSe₂/WSe₂ heterobilagen in 2019.”

Het werk bouwt voort op eerdere studies van de groep die zich richtten op overgangsmetaal dichalcogenides moiré superroosters. Terwijl het team in hun eerdere onderzoek in staat was om ladingsneutrale moiré-excitons waar te nemen in verwrongen MoSe₂/WSe₂ heterobilayers, probeerden ze in hun nieuwe studie de elektrostatische controle van de dragerdichtheid toe te voegen aan hetzelfde moiré-systeem. Dit stelde hen uiteindelijk in staat geladen moiré-excitons te realiseren, ook wel moiré-trions genoemd.

“In onze experimenten hebben we de lichtemissie gemeten van de heterolagen die we hebben onderzocht”, legt Xu uit. “Door ons te concentreren op emissie-eigenschappen (lijnbreedte, polarisatie, intensiteit, energie, enz.) Als een functie van dragerdotering, magnetisch veld en temperatuur, konden we moiré-trionen identificeren.”

De bevindingen kunnen belangrijke implicaties hebben voor de toekomstige ontwikkeling van nieuwe nanotechnologie, evenals voor de studie van excitonische verschijnselen. In hun toekomstige werk hoopt het team moiré-systemen te gebruiken om verschillende fysieke verschijnselen te onderzoeken.

“We hebben aangetoond dat het moiré-potentieel ook geladen excitonen kan vangen,” zei Xu. “Gecombineerd met de ladingsneutrale, kan de heterobilaag worden gebruikt als een platform voor het bestuderen van zowel bosonische als fermionische veellichaamseffecten op basis van moiré-excitonen. op de moiré-systemen.”