位于范德華(vdW)異質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的莫爾超晶格可以捕獲長壽命的層間激子以形成有序的量子點陣列，從而為前所未有的光電和量子信息應(yīng)用鋪平了道路。激子是電中性的準粒子，可以傳輸能量而無需傳輸凈電荷。當材料吸收的光子能量大于其帶隙時，它們就形成了，這種概念可以表示為電子和電子空穴的結(jié)合態(tài)，它們被靜電庫侖力吸引。在現(xiàn)在發(fā)表在《科學(xué)進展》上的新報告中Guohong Guo和美國北嶺加州州立大學(xué)物理與天文學(xué)系的一組科學(xué)家進行了第一性原理模擬，以揭示扭曲的二硫化鉬/二硫化鎢(MoS 2 / WS 2)異質(zhì)結(jié)構(gòu)。該小組直接證明了vdW異質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在局部的層間莫爾激子，并根據(jù)能隙繪制了層間和層內(nèi)莫爾勢。他們在探討如何調(diào)整垂直場以控制莫爾激子的位置，極性，發(fā)射能和雜交強度的同時，注意到異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的價帶幾乎平坦。然后，科學(xué)家預(yù)測，交變電場可以控制混合的莫爾激子的偶極矩，同時抑制其在莫爾晶格中的擴散。

工程范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)

在這項工作中，Guo等。使用一種新近開發(fā)的計算方法來提供vdW異質(zhì)結(jié)構(gòu)中局部層間莫爾激子的直接證據(jù)，并提出了在交變電場下形成混合莫爾激子的方法，以抑制激子在莫爾晶格中的擴散。設(shè)計vdW異質(zhì)結(jié)構(gòu)的最吸引人的方法是，在二維(2-D)層之間引入晶格失配或旋轉(zhuǎn)失準，以形成具有新長度和新能級的莫爾超晶格，以實現(xiàn)引人入勝的量子現(xiàn)象。以此方式與二維晶體垂直堆疊形成的范德華(vdW)異質(zhì)結(jié)構(gòu)為開發(fā)具有奇異物理性質(zhì)的量子材料提供了前所未有的平臺，例如非常規(guī)超導(dǎo)電性，分形量子霍爾效應(yīng)和玻色-愛因斯坦凝聚。

經(jīng)過初步的理論預(yù)測，研究人員已經(jīng)報告了過渡金屬二鹵化物(TMDs)的vdW異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的莫爾激子的許多實驗觀察結(jié)果。由于量子限制和減少的介電屏蔽，二維TMD顯示出顯著的激子效應(yīng)。盡管研究工作導(dǎo)致了實驗和理論研究的激增在vdW異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的莫爾激子上，由于計算上的挑戰(zhàn)，對該原理的第一原理觀點仍然很少。關(guān)于第一性原理的研究仍然很重要，因為它們可以提供超出實驗范圍和現(xiàn)象學(xué)理論的原子詳細程度的批判性見解，同時仍然是探索龐大且不斷增長的vdW異質(zhì)結(jié)構(gòu)族的必不可少的工具。