p Quando duas camadas atômicas semelhantes com constantes de rede incompatíveis - a distância constante entre as células unitárias de uma camada - e / ou orientação são empilhadas, a bicamada resultante pode exibir um padrão moiré e formar uma superrede moiré. p Os padrões de moiré são padrões de interferência que normalmente surgem quando um objeto com um padrão repetitivo é colocado sobre outro com um padrão semelhante. Superredes Moiré, formada por camadas atômicas, pode exibir fenômenos fascinantes não encontrados nas camadas individuais, abrindo a porta para revoluções tecnológicas em muitas áreas, incluindo transmissão de eletricidade, engenharia da informação, e computação quântica.

p Ao brilhar a luz do laser em superredes semicondutoras de moiré formadas pelo empilhamento de dois materiais atomicamente finos - monocamada de disseleneto de tungstênio (WSe ₂ ) e disseleneto de molibdênio em monocamada (MoSe ₂ ) - uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade da Califórnia, Riverside, e a Academia Sinica em Taiwan encontraram uma nova classe de estados eletronicos de excitação chamados "moiré trions".

p "Esses trions, que são estados de tríon confinados em poços de potencial moiré - quedas na energia potencial - do WSe ₂ / MoSe ₂ estrutura, exibem novas características que diferem marcadamente daquelas dos trions convencionais, "disse Chun Hung (Joshua) Lui, um professor assistente no Departamento de Física e Astronomia da UC Riverside, quem liderou a pesquisa.

p O estudo, publicado em 2 de junho em Natureza , abre novas oportunidades para desenvolver emissores ópticos quânticos baseados em trion e oferece novas abordagens para explorar a física moiré.

p Um trion é um estado ligado de dois elétrons e um buraco, ou um elétron e dois buracos. Um buraco é o vazio de um elétron. Trions são os emissores de luz e portadores de energia dominantes em semicondutores atomicamente finos com cargas extras. Aplicando tensões externas, campos elétricos ou magnéticos, muitas características dos trions, como sua população, polarização de emissão, e movimento, pode ser controlado. A versatilidade de sintonia dos trions os torna úteis para emissores de luz, transporte de energia, e, potencialmente, transmissão de informações.

p Em semicondutores homogêneos, trions são livres para se mover e se espalhar, resultando em amplo espectro óptico. Contudo, em superredes moiré, trions ficam presos perto de poços de potencial moiré e se tornam trions moiré. Seu confinamento ali impede a dispersão aleatória.

p "Descobrimos que as linhas de emissão dos tríons moiré são mais de 10 vezes mais nítidas do que as dos tríons livres, "Lui disse." Como os trions moiré estão espacialmente isolados, eles podem emitir fótons individuais, tornando-os uma fonte óptica viável para a tecnologia da informação quântica. "

p “Nosso trabalho aponta para a possibilidade de geração de arranjos bidimensionais de trions nos poços de potencial moiré periódicos, "disse Erfu Liu, um pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Lui e o primeiro autor do artigo de pesquisa. "Tais matrizes trion 2D podem exibir coerência espacial, revelar nova física, e encontrar aplicações em tecnologia de laser. "

p A pesquisa sobre trions moiré também revela algumas novas físicas que podem ser úteis em estudos posteriores de superredes de moiré.

p "Superredes Moiré são conhecidas por hospedar muitos 'minibandas' em sua estrutura de banda de energia eletrônica, "Lui disse." Essas minibandas são cruciais para fenômenos fascinantes, como supercondutividade, em superredes moiré. Devido ao pequeno espaçamento de energia entre essas minibandas, é um desafio investigar sua estrutura detalhada. Moiré trions inspiram uma nova abordagem para sondar as minibandas. "

p Liu explicou que em semicondutores convencionais com bandas eletrônicas relativamente simples, um trion decai no mesmo estado eletrônico final e mostra apenas uma linha de emissão. Mas em superredes moiré com várias minibandas eletrônicas, um trion pode decair em estados em diferentes minibandas, ele disse.

p “Isso produzirá múltiplas linhas de emissão, e a separação de energia dessas linhas reflete o espaçamento de energia das minibandas, "Ele acrescentou." Nossos resultados apóiam esse novo comportamento de trions moiré e sugerem que a espectroscopia moiré trion pode ser desenvolvida para sondar elétrons em super-redes moiré. "

p Dadas as novas características dos trions moiré, Lui espera que a pesquisa sobre trions moiré atrairá muita atenção.

p "De fato, estudos relacionados de trions moiré também foram relatados recentemente por pesquisadores da Heriot-Watt University no Reino Unido, Universidade Tecnológica de Nanyang em Cingapura, e a Universidade Tsinghua na China, "ele disse." Eu acredito que a pesquisa de moiré trion vai aumentar e levar a muitas descobertas empolgantes no futuro. "

p O artigo de pesquisa é intitulado "Assinaturas de trions moiré em WSe ₂ / MoSe ₂ hetero-camadas. "