“英才计划”高中生何睿同学在Nano Research发表论文

课题组“英才计划”高中生何睿同学在国际权威期刊Nano Research上发表论文

       近日，课题组英才计划高中生何睿同学(Henry Rui He，长沙市雅礼中学，高二2215班)在英才计划导师刘艳平老师的指导下，以第一作者在国际纳米权威期刊《纳米研究》(Nano Research，影响因子10. 269, https://doi.org/10.1007/s12274-023-6205-x)上发表题为 "Unveiling Strain-Enhanced Moiré Exciton Localization in twisted van der Waals Homostructures"(应变诱导范德华转角同质结中莫尔激子局域化的增强效应)的实验论文。

图：应变诱导转角范德华同质结中莫尔激子局域化的增强效应

      近年来，转角过渡金属二硫化物(TMDCs)已经成为探索凝聚态物理领域的前沿研究方向。这些转角导致在垂直堆叠的二维(2D)材料中出现周期性的莫尔(moire)超晶格，这是由扭角或晶格排列的变化引起的。这些莫尔超晶格具有改造材料电子带结构的卓越能力，从而产生多样的平坦电子能带，引发了非凡的量子现象,  如moire激子、Mott绝缘态、量子霍尔效应和超导态等现象。目前莫尔超晶格作为一个引人入胜的研究领域，为揭示2D材料领域内未探索的性质提供了一个理想的平台，推动了凝聚态物理中创新模型和理论的发展。但莫尔超晶格的当前研究的范围仍然有限，新物理框架的发展仍然在进行中。值得注意的是，对莫尔势操纵仍需进一步探究。与此同时，应变的调控提供了一种多功能策略，可以精确调整电子带结构、提高激子发光效率，并为二维量子光源奠定坚实的基础。然而，应变与莫尔势能之间错综复杂的相互作用尚未充分探索，这些相互作用至今是一个未解决的难题。

       在这项研究中，何睿同学创新的提出了应变工程和moire超晶格的融合，利用了扭角的2L-WSe₂/2L-WSe₂同质结与一系列Au纳米柱的结合，成功实现了对莫尔势能的精确控制，研究了应变对莫尔激子的单光子发射的影响。通过精心设计，在低温测量中获得了受应变影响的扭角2L-WSe2/2L-WSe2同质结的光致发光(PL)光谱，揭示了莫尔激子局部化增强效应。这种发射表现为一系列精确分辨的尖锐发射线，这种局部化的起源在于应变工程的调制潜力，它将moire势能从零维转变为一维。这种战略性的转变创造了一种独特的通道，用于限制moire激子。同时通过交叉谷偏振的moire激子、以及相关的功率和温度依赖性测试，为莫尔激子分裂峰的来源的提供了直接的实验证据，即这些峰明确归因于moire势能的调制。这项工作为我们理解应变和moire势能之间错综复杂的相互作用提供了重要的贡献，并为潜在的应变诱导moire激子单光子源应用铺平了道路，推动了二维量子光源领域的发展。

2023年“英才计划”师生见面会(左: 刘艳平老师,  右: 何睿同学)

论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-023-6205-x

Comments:

This paper delves into the fascinating realm of moiré superlattices formed by twisting van der Waals homostructures at specific angles, showcasing their potential for quantum emission applications. The fusion of strain engineering with twisted 2L-WSe₂/2L-WSe₂ homobilayers offers a meticulously designed approach to precisely localize moiré excitons. Through comprehensive low-temperature photoluminescence spectroscopy, the study reveals the emergence of highly localized moiré-enhanced emission, characterized by distinct emission lines. Notably, the research demonstrates the effective regulation of moiré potential depths via strain engineering, resulting in a significant difference in potential depths between strained and unstrained regions. This work represents a valuable contribution to understanding the intricate interplay between strain and moiré potential and paves the way for potential applications in strain-induced moiré exciton single-photon sources, advancing the field of two-dimensional quantum light sources.