博士生吴彪在国际权威期刊ACS Applied Materials & Interfaces上发表论文

      近日，课题组成员吴彪同学在刘老师的指导下，以第一作者在国际权威期刊ACS Applied Materials & Interfaces(影响因子10.38)上发表题为 “Enhanced Homogeneity of Moir Superlattices in Double-Bilayer WSe₂ Homostructure ”(双层WSe₂同质结中莫尔超晶格界面空间周期均匀性增强效应)的实验论文。

图：双层WSe₂同质结中莫尔超晶格界面空间周期均匀性增强效应

            最近，二维(2D)材料及其范德华(vdW)异质结构引起了广泛关注，因为它们为基础物理研究和光电子器件应用提供了有前途的平台。垂直堆叠的vdW异质结构，如石墨烯和过渡金属二硫族化合物(TMDs)，可以形成扭曲角度或晶格不匹配的莫尔超晶格。这些超晶格展示出具有空间变化的原子对准，导致强烈的物理现象，如关联绝缘态、非常规超导和莫尔激子。库仑相互作用显著增强，在莫尔系统的平坦电子迷你带中，动能大大降低，这对于强关联效应至关重要。与石墨烯莫尔超晶格相比，基于TMD的莫尔超晶格具有更大的有效质量和更强的莫尔耦合，导致平坦电子迷你带的形成和更强的电子-电子相关性。对基于TMD的莫尔超晶格的研究为多体系统的量子模拟和量子光学中量子发射体阵列的实现提供了机会。

           莫尔超晶格生成周期性陷阱势场，调制了扭曲系统中的电子结构，形成了平坦的电子迷你带，并展示了许多新颖的与莫尔有关的性质。实验研究已经证明，具有特定魔角的双层石墨烯中出现了超导现象，并且通过利用莫尔势场捕获层内或层间激子，可以创建莫尔激子阵列。尽管已经付出了大量努力来研究扭曲的2D材料，但大多数研究集中在扭曲的双层系统上。组装扭曲的双层引入了非均匀应变到层内，导致不均匀的莫尔超晶格，这可能阻碍了对莫尔有关性质的深入探索。然而，在扭曲的多层/多层同质或异质结构中，由于额外层的封装使应变能更均匀地进入层中，预计将形成更均匀的莫尔超晶格，是否可以生成更局部化的莫尔激子仍然是一个未解之谜。

         在这项研究中，我们使用了一种剥离和堆叠技术来创建具有不同堆叠配置的WSe₂莫尔超晶格。为了确定扭曲同质结(THS)的层间旋转角度，我们测量并拟合了WSe₂层的顶部和底部的极化相关的二次谐波发生(SHG)信号。我们观察到2L-WSe₂/2L-WSe₂ THS在10 K时产生了四个与WSe2双层不同的额外峰。这些峰来自于莫尔势场调制电子结构产生的平坦电子迷你带。与相同扭曲角度的扭曲双叠层WSe2莫尔超晶格比扭曲双层WSe2莫尔超晶格更局部化，这归因于额外的顶部和底部WSe₂单层封装。我们使用圆偏振光致发光、角分辨光致发光和理论计算解释了实验中观察到的关键光谱特征，这些特征确认了我们制备样品中相对规则的莫尔超晶格的存在。我们的发现表明，莫尔超晶格为探索新的量子现象，特别是莫尔激子，提供了新的途径，并可能为开发单光子发射体提供新的机会。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.3c06949

学校新闻报道：

Comments:

  This paper presents a significant contribution to the field of moiré superlattices, addressing the issue of inhomogeneity in atomically thin bilayer moiré superlattices. Moiré superlattices have indeed shown great promise as a platform for exploring optically generated excitonic properties and the emergence of new quantum phenomena.

  The approach of fabricating homogeneous moiré superlattices with controllable twist angles using a 2L-WSe₂/2L-WSe₂ homostructure is innovative and addresses a critical challenge in the field. By introducing extra layers, the authors have effectively mitigated the non-uniformity problem that typically arises in artificially stacked bilayer moiré systems. The addition of an extra bottom layer acting as a buffer to reduce inhomogeneity is a clever strategy.

  One of the notable results is the observation of alternating circularly polarized photoluminescence, which provides strong experimental evidence for the existence of moiré excitons in these structures. Furthermore, the validation of these characteristics through theoretical calculations adds a robust dimension to the findings.

  Overall, this work significantly advances our understanding of moiré potential correlated quantum phenomena and offers a promising avenue for the development of quantum optical devices. The methodology and insights presented in this paper open up new possibilities for further exploration and manipulation of moiré superlattices, with potential applications in a range of quantum technologies.