Среда, 21 февраля, 2024
ДомойФизикаПрорыв в физике: ученые открыли экситоны ридберговского муара

Прорыв в физике: ученые открыли экситоны ридберговского муара

- Advertisement -

 

Карикатура, показывающая муаровые экситоны Ридберга в гетероструктуре WSe2/TBG. 1 кредит

Состояние Ридберга распространено в различных физических средах, таких как атомы, молекулы и твердые материалы. Ридберговские экситоны, которые представляют собой сильно возбужденные состояния электронно-дырочной пары, связанные кулоновскими связями, были первоначально идентифицированы в 1950-х годах в полупроводниковом материале Cu2O.

В исследовании, опубликованном в журнале Science , доктор Сюй Ян и его коллеги из Института физики (IOP) Китайской академии наук (CAS) в сотрудничестве с исследователями под руководством доктора Юань Шэнцзюня из Уханьского университета сообщили о наблюдении за Ридбергом. муаровые экситоны , которые представляют собой ридберговские экситоны, захваченные муаром, в монослойном полупроводнике WSe2, соседнем с малоугловым скрученным двухслойным графеном (ТБГ).

Твердотельная природа ридберговских экситонов в сочетании с их большими дипольными моментами, сильными взаимными взаимодействиями и значительно улучшенными взаимодействиями с окружающей средой открывает широкие перспективы для широкого спектра приложений в области зондирования, квантовой оптики и квантового моделирования. Однако исследователи не полностью использовали потенциал ридберговских экситонов. Одно из основных препятствий заключается в сложности эффективного захвата ридберговских экситонов и управления ими. Возникновение двумерных (2D) муаровых сверхрешеток с хорошо перестраиваемыми периодическими потенциалами обеспечивает возможный путь вперед.

В последние годы доктор Сюй Ян и его сотрудники работали над изучением применения ридберговских экситонов в двумерных полупроводниковых дихалькогенидах переходных металлов (таких как WSe2). Они разработали новый метод измерения Ридберга, который использует чувствительность ридберговских экситонов к диэлектрической среде для обнаружения экзотических фаз в близлежащей двумерной электронной системе.

В этом исследовании, используя измерения низкотемпературной оптической спектроскопии, исследователи впервые обнаружили муаровые экситоны Ридберга, проявляющиеся в виде многократного расщепления энергии, ярко выраженного красного смещения и суженной ширины линии в спектрах отражения.

Используя численные расчеты, выполненные группой из Уханьского университета, исследователи объяснили эти наблюдения пространственным распределением заряда в ТБГ, которое создает периодический потенциальный ландшафт (так называемый потенциал муара) для взаимодействия с ридберговскими экситонами.

Сильное удержание ридберговских экситонов достигается за счет в значительной степени неравных межслоевых взаимодействий составляющих электронов и дырок ридберговского экситона из-за пространственно накопленных зарядов, сосредоточенных в AA-уложенных областях TBG. Таким образом, экситоны ридберговского муара реализуют разделение электронов и дырок и проявляют характер долгоживущих экситонов с переносом заряда.

Исследователи продемонстрировали новый метод управления ридберговскими экситонами, который трудно реализовать в объемных полупроводниках . Длинноволновая (десятки нм) муаровая сверхрешетка в данном исследовании служит аналогом оптических решеток, создаваемых пучком стоячей волны лазера или массивами оптических пинцетов, которые используются для ридберговского захвата атомов .

Кроме того, настраиваемые длины волн муара, электростатическое стробирование на месте и более длительный срок службы обеспечивают отличную управляемость системой с сильным взаимодействием света и вещества для удобного оптического возбуждения и считывания.

Это исследование может предоставить новые возможности для реализации следующего шага во взаимодействиях Ридберга-Ридберга и когерентного управления состояниями Ридберга с потенциальными приложениями в квантовой обработке информации и квантовых вычислениях.

Ссылка: «Наблюдение ридберговских муаровых экситонов» Цяньин Ху, Чжэнь Чжан, Хуйин Цуй, Ялей Чжан, Фэн Цзинь, Сюань Чжао, Минцзе Чжан, Чжичуань Ван, Цинмин Чжан, Кендзи Ватанабэ, Такаши Танигучи, Сюевэй Цао, Ву-Мин Лю , Фэнчэн Ву, Шэнцзюнь Юань и Ян Сюй, 29 июня 2023 г., Наука .
DOI: 10.1126/science.adh1506

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме