Een paper van het Quantum Photonics Lab van Heriot-Watt, vandaag gepubliceerd in top-tier Natuurmaterialen , identificeert hoe tussenlaagse excitonen (IX's) en hun kwantumvingerafdrukken kunnen worden gevangen. De IX's worden gevangen door de interactie van twee vellen atomen gemaakt van verschillende overgangsmetaal dichalcogeniden (TMD's), die met een kleine draai op elkaar zijn gestapeld om een ​​moirépatroon te vormen.

Voor de minder kwantumgeletterden, of meer modebewust, Moiré-interferentiepatronen ontstaan ​​wanneer twee vergelijkbare maar enigszins verschoven sjablonen worden gecombineerd, zoals zijden stof die is onderworpen aan hitte en druk om het een gegolfd uiterlijk te geven. In het Quantum Photonics Lab, onder leiding van professor Gerardot, de moiré-patronen beïnvloeden de belangrijkste eigenschappen van atomaire heterostructuren om een ​​nieuw kwantummateriaal te creëren.

Tweedimensionale (2-D) materialen, zoals grafeen of TMD's, kan een verscheidenheid aan heterostructuren vormen die bij elkaar worden gehouden door zwakke van der Waals (vdW) krachten, wetenschappers een rijke gereedschapskist geven om hun opto-elektronische eigenschappen te ontwikkelen. VdW-multilagen kunnen ook moiré-patronen vormen - een periodieke variatie van de uitlijning tussen overeenkomstige atomen in aangrenzende lagen - door de platen over een relatieve hoek te draaien en/of materialen te combineren met verschillende roosterconstanten.

In aanvulling, eigenaardige kenmerken komen voort uit de 2D-aard van de TMD-lagen, waaronder een fenomeen genaamd spin-valley-layer locking, die potentiële verbindingen openen met de grotere velden van spintronica en valleytronics die van belang zijn voor opto-elektronische apparaten van de volgende generatie.

Professor Gerardot legt de betekenis van zijn bevindingen uit:"Tussenlaagse excitonen gevangen in atomaire moiré-patronen zijn veelbelovend voor het ontwerp van kwantummaterialen op basis van van der Waals heterostructuren, en onderzoek naar hun fundamentele eigenschappen zijn cruciaal voor toekomstige ontwikkelingen in het veld."

De wetenschappelijke gemeenschap zoekt nog steeds naar strategieën om de aard van de vanglocaties te verifiëren en de rol van onvolkomenheden in het monster te begrijpen. Een combinatie van experimentele methoden zou kunnen worden gebruikt om de rol van atomaire reconstructie te verduidelijken, spanning en andere gebreken, het correleren van optische metingen en niet-invasieve microscopietechnieken.

Het Quantum Photonics Lab ontwerpt volledig afstembare elektronische apparaten, gebaseerd op de verwrongen kwantummaterialen, om volledig te begrijpen hoe de moiré met elkaar kunnen interageren en kunnen worden benut voor kwantumoptica-toepassingen.

Binnen een bijzonder rijk aan mogelijkheden, de wetenschap beweegt zich in een indrukwekkend tempo en er zijn veel doorbraken te verwachten.