Американские и японские физики сообщили об измерении пространственного распределения электрона и дырки, связанных в межслойный экситон в муаровой сверхрешетке. Они выяснили, что для малых периодов сверхрешетки центр масс экситона обладает высокой степенью локализации в минимумах ее потенциала, что может открыть дорогу к созданию новых источников света для квантовых технологий.

Исследование опубликовано в Nature.

Муаровые сверхрешетки образуются, если есть несоответствие между периодами двух кристаллических слоев, расположенных один поверх другого. Это несоответствие можно создать, либо поворачивая одинаковые слои относительно друг друга, либо наслаивая друг на друга различные материалы. Дополнительная и контролируемая пространственная модуляция позволяет физикам придавать материалам новые уникальные свойства.

К их числу относятся свойства экситонов, электрон и дырка которого находятся в разных слоях (такие экситоны называют межслойными). Межслойные экситоны демонстрируют большое время жизни и поддаются управлению, в том числе с помощью локализации в минимумах муарового потенциала. Для практического применения физики должны понимать, как распределены волновые функции электронов и дырок, в частности, степень локализации центра масс экситона в узлах муаровой сверхрешетки. От этого зависит, будут ли такие экситоны образовывать конденсат, формировать комплексы или демонстрировать моттовский переход.

До сих пор исследования межслойных экситонов в муаровых сверхрешетках были сосредоточены на больших периодах последних. Информацию о них физики обычно получают с помощью оптической спектроскопии, которая дает доступ лишь к узкому сектору импульсной волновой функции экситона, и для получения полной картины им приходится использовать феноменологические (то есть, не из первых принципов) потенциалы.

Недавно рассказывали о более прямом способе измерения волновой функции, основанном на фотоэлектронной спектроскопии с угловым и временным разрешением. С ее помощью, однако, удалось измерить только электронную часть экситона в монослое диселенида вольфрама.

Теперь та же группа американских и японских физиков под руководством Кешав Дани (Keshav Dani) из Окинавского института науки и технологий сообщила о применении этой техники к экситону, возбуждаемому в двухслойной структуре их диселенида вольфрама и дисульфида молибдена с небольшим периодом сверхрешетки.