In een studie gepubliceerd in Science Advances Prof. Wang Can van het Institute of Physics van de Chinese Academie van Wetenschappen en prof. Xu Xiulai van de Universiteit van Peking hebben voor het eerst de afhankelijkheid van de dalpolarisatieomschakeling en de polarisatiegraad van de moiréperiode aangetoond door twist-engineering in elektrisch gecontroleerde overgangen metaaldichalcogenide heterobilagen (hBLs).

Van der Waals (vdW) hBL's hebben veel aandacht getrokken vanwege hun elektronische energiebandstructuren en diverse fysieke eigenschappen voor potentiële opto-elektronische toepassingen op valleibasis. Het moirépatroon tussen verschillende monolagen in vdW-heterostructuren leidt op natuurlijke wijze tot een periodiek potentieel op nanoschaal, wat een unieke kans biedt om de volgende generatie valleytronic-apparaten te realiseren.

Twist-engineering is een krachtig hulpmiddel om de vrijheidsgraden van tussenlaagse excitonen (IX's) in de vallei te manipuleren. Het biedt een extra vrijheid om het excitonische potentieel te beheersen, waardoor de beheersbaarheid van de vallei-eigenschappen wordt verbeterd. De draaihoek-afhankelijke controle van het excitonische potentieel en de dalpolarisatie in elektrisch gestuurde heterostructuren is echter niet onderzocht.

In deze studie hebben de onderzoekers aangetoond dat de dalpolarisatie van IX's effectief kan worden gecontroleerd door de draaihoek aan te passen. Zowel de mate van circulaire polarisatie (DCP) als de polarisatieschakeling worden elektrisch geregeld in de gefabriceerde WSe₂ /WS₂ apparaten met heterostructuur met verschillende moiré-perioden, bepaald door de draaihoek.

De fysieke mechanismen van draaihoekafhankelijke DCP zijn experimenteel bestudeerd vanuit zowel intralaag- als tussenlaagperspectieven. Een lager excitonisch potentieel tussen de lagen bij lokale minima, veroorzaakt door een langere moiré-periode, leidt tot de opsluiting van meer excitonen, wat resulteert in verbeterde DCP.

Bovendien resulteert een toename van intralaag-elektron-gat-(e-h)-uitwisselingsinteracties onder een grote hoek in een afname van de levensduur van de vallei in de laag, en een verminderde initiële polarisatie in de vallei tussen de lagen, wat uiteindelijk leidt tot een vermindering van de polarisatie in de vallei tussen de lagen. P>

Door rekening te houden met de afhankelijkheid van het excitonische potentiaalverschil van de moiréperiode, laten theoretische berekeningen op basis van de eerste principetheorie zien dat het verschil van het excitonische potentiaal tussen twee minima toeneemt met de draaihoek, wat leidt tot een hogere externe bias voor apparaten met een grotere draaihoek om de polarisatie te veranderen.

Op basis van deze polarisatieschakeling hebben de onderzoekers ook een dal-adresseerbaar coderingsapparaat gedemonstreerd dat een platform biedt voor toekomstige niet-vluchtige herinneringen.