WSe2與MoSe2複合材料有望實現量子光學效應

美國加利福尼亞大學河濱分校與臺灣中央研究院應用科學研究中心研究者表示，二硒化鎢（WSe2）與二硒化鉬（MoSe2）組成的複合材料有望實現量子光學效應。

莫爾超晶格，是指將兩種單層過渡金屬硫族化合物（TMDCs）叠加起來，也可以在面內形成納米尺度的半導體超晶格結構。其可以調控激子的能級，幷且晶格周期可由轉角連續調控，提供了在納米尺度內調控實物粒子量子態的平臺。

研究人員通過堆垛范德華材料構建莫爾超晶格，研究了多種新奇物象，包括莫特絕緣體、超導體、廣義Wigner晶體等，這些特性往往與莫爾超晶格中的限域特性相關，决定于超晶格中的周期性勢場。

當激子被莫爾超晶格限域時，會出現一類新的激子，有望實現人工激子晶體和量子光學效應。當這種莫爾激子與電荷載流子耦合時，可能會出現關聯狀態（Trion，三激子）。然而，當前對于這類電荷耦合莫爾激子態，沒有實驗證明，也沒有理論預測它們的性質。

經過多年的努力研究，美國和臺灣研究者在二硒化鎢和二硒化鉬的雙層异質結中觀測到了電勢耦合的三激子行爲。莫爾三激子表現出多個尖銳的發射綫，具有複雜的電荷密度依賴特性，與傳統的三激子的行爲形成鮮明對比。三激子在不同器件和樣品區域中特徵的變化，表明了激子特性對樣品的不均勻性高度敏感，其行爲將推動對莫爾超晶格中高階電子關聯特性的進一步理論和實驗研究。

另外，厦門大學張龍副教授在WSe2和 MoSe2的雙層异質結中也發現了振子强度足够大的莫爾激子態。通過异質結與光學微腔的精准集成，最終實現了莫爾激子與微腔光子的强耦合，觀測到了新型混合玻色子量子態——“莫爾激子極化激元”。 通過變功率實驗進一步觀測到了這種特殊量子態的新奇物性：莫爾激子的能級、退相干、振子强度隨粒子濃度的變化，與量子點二能級的特性完全相符，從而證明了莫爾激子極化激元來源于量子點陣列與微腔光子的協同相互作用。

該工作爲發展單光子開關和邏輯門、原子層低閾值激光器、固態量子模擬等提供了新的技術路徑。

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