博士生张丝雨同学在国际纳米权威期刊Nano Research上发表论文

博士生张丝雨同学在国际纳米权威期刊Nano Research上发表论文

       近日，课题组博士生张丝雨同学在刘老师的指导下，以第一作者在国际纳米权威期刊《纳米研究》(Nano Research，影响因子9.5)上发表题为“Strain-Enhanced Splitting and Localization of Moiré Trions in Twisted MoSe₂ Homobilayers”(转角MoSe₂莫尔超晶格中应变增强的摩尔带电激子的分裂与局域化现象)的实验论文。

图：转角MoSe₂莫尔超晶格中应变增强的摩尔带电激子的分裂与局域化现象      

         在二维范德华异质结构中发现的莫尔超晶格，为调控量子电子态提供了可调平台，彻底改变了凝聚态物理研究的格局。这种由莫尔势驱动的调控方式促成了多项重要发现，包括关联绝缘态、非常规超导性以及量子反常霍尔效应。这些现象的核心机制在于超平坦电子能带(即“平带”)的形成，在此类能带中电子动能被极大抑制，从而增强了库仑相互作用的影响，催生出强关联物理行为。在极小的扭转角(<1°)下，系统内的原子将通过重排以最小化总能量，形成具有周期性的配位畴(commensurate domains)，这些畴结构会改变平带的带宽与对称性，从而调制莫尔体系的电子结构。

        除了对电子态的影响，莫尔超晶格，尤其是在扭转的过渡金属二硫化物(TMD)体系中，还能够支持空间调制的多体物理现象。例如，在扭转的 MoSe₂/WSe₂ 异质结中，莫尔势可俘获层间激子，产生量子化能级，并由于莫尔约束而导致激子的迁移率降低。近年来，在TMD莫尔超晶格中对莫尔势的实验与理论研究都取得了显著进展。通过变功率泵浦-探测实验结合热激发模型，可有效估算莫尔势的大小，这为研究激子玻色-爱因斯坦凝聚、自旋谷可调控态、谷间与层间杂化、巨大的非线性光学响应等新奇物理现象奠定了基础。近期，研究人员已在多种莫尔超晶格中观察到莫尔带电激子(moiré trion)，包括扭转同质与异质双层结构。尽管已有上述进展，但当前调控莫尔带电激子的主要手段仍局限于扭转角工程和双栅控器件中的静电调控，在实现更深入理解与更有效的调控策略方面仍面临诸多挑战。

      在本研究中，我们在预刻蚀孔洞的 SiO₂/Si 基底上，构建了 1.3° R 型扭转 MoSe₂ 同质双层(THB)结构。在低温条件下，实验观察到莫尔势俘获的带电激子发射峰发生明显分裂，尤其在蚀刻孔边缘区域，莫尔带电激子的分裂与局域化效应显著增强，归因于该区域的局域应变有效调控了莫尔超晶格结构。二次谐波(SHG)和低波数拉曼光谱进一步验证了应变诱导的对称性破缺与晶格重构增强效应。结合实验结果与密度泛函理论(DFT)对能带结构的计算分析，我们揭示了莫尔带电激子发射峰增强分裂与局域化的机制源于分离的平带结构以及空间局域化的莫尔势。这为实现通过外部单轴应变调控莫尔激子态提供了新的物理图景与策略。

论文链接： https://www.sciopen.com/article/10.26599/NR.2025.94907626

Comments:

This paper makes a substantial contribution to the field of moiré quantum materials by demonstrating a novel and effective strategy for modulating excitonic complexes—specifically moiré trions—via strain engineering in twisted MoSe₂ homobilayers. By introducing controlled uniaxial strain through patterned substrates, the authors achieve enhanced splitting and localization of moiré trions, as evidenced by a marked increase in emission multiplicity and a significant reduction in spectral linewidth. This experimental approach is well-supported by SHG, Raman spectroscopy, and DFT calculations, which collectively reveal the strain-induced symmetry breaking and lattice reconstruction as the key mechanisms behind the observed phenomena. The work not only deepens our understanding of how strain reshapes flat-band physics and many-body interactions in 2D moiré superlattices, but also opens up new possibilities for designing strain-tunable quantum light sources and excitonic devices. The findings represent an important step toward precise external control of quasiparticles in van der Waals heterostructures, addressing a major challenge in the field and paving the way for future quantum technologies.