通过不同的层自由度调整TMDC超晶格中的莫尔激子的设计

过渡金属二硫属化物(TMDCs)是一种新兴且有前途的材料，由夹在两层硫属原子之间的过渡金属原子层组成。这些二维材料在过去几年中受到了相当多的关注，因为它们可以产生强电子相关性和迷人的相关态，从而能够产生莫尔激子(即束缚电子-空穴对)。

莫尔激子可以为创造新的高性能设备开辟新的可能性，包括激光器、单光子发射器和量子技术。然而，为了使这些设备有效运行，物理学家和计算机科学家应该能够可靠地调整莫尔激子和电子态。

伦斯勒大学理工学院、加州大学河滨分校以及美国、中国和日本的其他研究所的研究人员最近推出了一种新的策略来调整TMDC中的莫尔激子和相关电子态。在NatureCommunications上发表的一篇论文中介绍了这种方法，需要对TMDC层之间的自由度进行操作。

“以前的工作，包括我们自己的工作，已经表明WS2/WSe2莫尔超晶格表现出激子的莫尔调制和强电子-电子相关性，这为莫尔激子和相关物理学带来了令人兴奋的机会，”SufeiShi，一进行这项研究的研究人员告诉Phys.org。“在我们最近的研究中，我们想证明通过层自由度进一步调整激子物理和电子相关性的能力。”

为了在他们的WS2/WSe2超晶格中引入层自由度，研究人员将WSe2从单层调整为双层和三层。然后他们观察了这些变化对材料的莫尔激子和电子态的影响。

“我们使用单层、双层和三层WSe2构建了WS2/WSe2，”Shi解释说。“单层到三层的WSe2可以通过称为机械剥离的过程获得，我们试图在同一薄片中找到具有不同层的区域，以便我们可以在实验中直接比较它们。”

Shi和他的同事进行的实验产生了非常有趣的结果。最值得注意的是，研究人员发现，通过改变层的自由度，他们可以可靠地调节材料中莫尔激子的共振。这突出了他们在TMDC和潜在的其他超晶格中灵敏调整莫尔激子带的策略的潜力。

“我们还发现，尽管增加了介电屏蔽，但即使是三层WSe2也保留了电子相关性，”这项工作的另一位资深作者Yong-TaoCui说。“这表明我们可以结合诸如电场之类的旋钮来设计多层WSe2/WS2莫尔系统中的新状态。我们最近关于双层WSe2中的激子绝缘体状态的论文(NaturePhysics18,1171–1176,2022)/单层WS2就是这样的结果。”

Shi和他的同事介绍的用于调整强电子相关性和莫尔激子的新方法为研究和技术开发开辟了令人兴奋的机会。最值得注意的是，它可以被世界各地的研究人员用来研究和设计各种量子现象。

“我们现在想要进一步应用电场并寻找可以在这个系统中设计的新的相关状态，特别是那些具有非平凡拓扑的状态，”Shi补充道。