Um artigo do Quantum Photonics Lab em Heriot-Watt, publicado hoje na camada superior Materiais da Natureza , identifica como capturar excitons (IXs) intercamadas e suas impressões digitais quânticas. Os IXs são capturados pela interação de duas folhas de átomos feitos de diferentes dichalcogenetos de metais de transição (TMDs), que são empilhados juntos com uma pequena torção para formar um padrão moiré.

Para os menos alfabetizados quânticos, ou mais voltado para a moda, padrões de interferência moiré surgem sempre que dois modelos semelhantes, mas ligeiramente deslocados, são combinados - como tecido de seda que foi submetido a calor e pressão para dar uma aparência ondulada. No Laboratório de Fotônica Quântica, liderado pelo Professor Gerardot, os padrões moiré afetam as propriedades-chave das heteroestruturas atômicas para criar um novo material quântico.

Materiais bidimensionais (2-D), como grafeno ou TMDs, pode formar uma variedade de heteroestruturas mantidas juntas por forças fracas de van der Waals (vdW), dotando os cientistas de uma rica caixa de ferramentas para a engenharia de suas propriedades optoeletrônicas. Multicamadas VdW também podem formar padrões de moiré - uma variação periódica do alinhamento entre os átomos correspondentes em camadas adjacentes - torcendo as folhas por um ângulo relativo e / ou combinando materiais com diferentes constantes de rede.

Além disso, características peculiares derivam da natureza 2-D das camadas TMD, incluindo um fenômeno denominado bloqueio de camada vale-rotação, que abrem conexões potenciais para os campos maiores da spintrônica e da valleytrônica que são de interesse para dispositivos optoeletrônicos de próxima geração.

O professor Gerardot explica o significado de suas descobertas:"Excitons intercamadas presos em padrões moiré atômicos são uma grande promessa para o projeto de materiais quânticos baseados em heteroestruturas de van der Waals, e as investigações sobre suas propriedades fundamentais são cruciais para futuros desenvolvimentos no campo. "

A comunidade científica ainda busca estratégias para verificar a natureza dos locais de aprisionamento e entender o papel das imperfeições da amostra. Uma combinação de métodos experimentais pode ser empregada para esclarecer o papel da reconstrução atômica, tensão e outros defeitos, correlacionando medidas ópticas e técnicas de microscopia não invasiva.

O Quantum Photonics Lab está projetando dispositivos eletrônicos totalmente ajustáveis, com base nos materiais quânticos torcidos, para entender completamente como o moiré pode interagir entre si e ser explorado para aplicações de óptica quântica.

Em um campo particularmente rico em oportunidades, a ciência avança em um ritmo impressionante e muitos avanços podem ser esperados.