Partikler fanget i snoede materialer og identificerede kvantefingeraftryk

Et papir fra Quantum Photonics Lab i Heriot-Watt, offentliggjort i dag i top-tier Naturmaterialer , identificerer, hvordan man skal fange interlayer -excitoner (IX'er) og deres kvantefingeraftryk. IX'erne er fanget af samspillet mellem to ark atomer lavet af forskellige overgangsmetaldichalcogenider (TMD'er), som stables sammen med et lille twist for at danne et moiré -mønster.

For de mindre kvantekyndige, eller mere modebevidst, moiré -interferensmønstre dukker op, når to ens, men lidt forskudte skabeloner kombineres - f.eks. silkestof, der har været udsat for varme og tryk for at give det et kruset udseende. I Quantum Photonics Lab, ledet af professor Gerardot, moiré -mønstrene påvirker atom -heterostrukturenes centrale egenskaber for at skabe et nyt kvantemateriale.

To-dimensionelle (2-D) materialer, såsom grafen eller TMD'er, kan danne en række heterostrukturer holdt sammen af ​​svage van der Waals (vdW) kræfter, give forskere en rig værktøjskasse til at konstruere deres optoelektroniske egenskaber. VdW -flerlag kan også danne moiré -mønstre - en periodisk variation af justeringen mellem tilsvarende atomer i tilstødende lag - ved at vride pladerne i en relativ vinkel og/eller kombinere materialer med forskellige gitterkonstanter.

Ud over, særegne træk stammer fra 2D-karakteren af ​​TMD-lagene, herunder et fænomen, der hedder spin-valley-lag-låsning, som åbner op for potentielle forbindelser til de større områder inden for spintronics og valleytronics, der er af interesse for næste generations optoelektroniske enheder.

Professor Gerardot forklarer betydningen af ​​sine fund:"Mellemlags excitoner fanget i atomare moiré -mønstre holder et stort løfte om design af kvantematerialer baseret på van der Waals heterostrukturer, og undersøgelser af deres grundlæggende egenskaber er afgørende for den fremtidige udvikling på området. "

Det videnskabelige samfund søger stadig strategier for at verificere fangststedernes beskaffenhed og forstå prøvenes ufuldkommenheders rolle. En kombination af eksperimentelle metoder kunne anvendes til at tydeliggøre atomrekonstruktionens rolle, belastning og andre defekter, korrelerende optiske målinger og ikke-invasive mikroskopiteknikker.

Quantum Photonics Lab designer fuldt indstillelige elektroniske enheder, baseret på de snoede kvantematerialer, fuldt ud at forstå, hvordan moiréen kan interagere med hinanden og blive udnyttet til kvanteoptiske applikationer.

Inden for et område, der er særligt rigt på muligheder, videnskaben bevæger sig i et imponerende tempo, og der kan forventes mange gennembrud.