Les super-réseaux Moiré sont des motifs périodiques formés lorsque deux couches semi-conductrices ou plus minces sont empilées avec un petit angle de torsion ou un décalage de réseau. Lorsque les matériaux 2D forment ces modèles, leurs propriétés électroniques, mécaniques et optiques peuvent changer considérablement.
Au cours des dernières décennies, les superlattices Moiré sont devenus une plate-forme prometteuse pour étudier les états physiques non conventionnels et inconnus. Ils ont également permis l'observation de configurations excitoniques uniques (c'est-à-dire des arrangements de paires d'électrons-trous liés).
Dans les systèmes bicouches Moiré basés sur des dichalcogénides de métal de transition bidimensionnels (TMDC), par exemple, les physiciens ont observé des excitons dipolaires intercouches. Ce sont des excitons produits lorsqu'un électron et un trou sont liés ensemble sur différentes couches dans un semi-conducteur 2D empilé.
Une équipe de recherche dirigée par Sufei Shi à l'Université Carnegie Mellon, collaborant avec des chercheurs du Rensselaer Polytechnic Institute, de l'Arizona State University et d'autres instituts, a récemment identifié une approche prometteuse pour contrôler les États excitoniques dans un semi-conducteur atomiquement mince. Leur stratégie proposée, décrite dans un article publié dans Photonique de la natureleur a permis de conduire et de stabiliser les transitions entre les excitons quadrupolaires et dipolaires, deux configurations d'exciton récemment découvertes, dans un superlattice Moiré triple.
« Auparavant, nous avons identifié une nouvelle espèce d'exciton appelée exciton quadrupolaire (QX) dans le superlattice de Moiré tripleur. Nous avons également trouvé une signature d'une forte corrélation entre les excitons dans la biayer Moiré », a déclaré Sufei Shi, auteur principal du journal, à Issues.fr.
« Donc, j'ai toujours eu la question de savoir comment la forte corrélation (définie comme l'interaction Coulomb sur l'énergie cinétique) a un effet sur le QX, et encore mieux, si la corrélation peut être utilisée pour contrôler QX. »
Dans le cadre de leur étude, Shi et ses collègues ont créé des hétérostructures à double indemnité qui étaient composées de tricouches de WSE2/ Ws2/ Wse2 avec l'alignement prévu. L'architecture de ces hétérostructures a permis à l'équipe de contrôler avec précision les champs électriques verticaux en eux et le dopage des porteurs de charge.
Par la suite, les chercheurs ont sondé les états excitoniques des appareils qu'ils ont créés en utilisant une technique connue sous le nom de spectroscopie optique à basse température. Pour générer des transitions entre différentes configurations d'exciton, ils ont utilisé deux méthodes principales.
« Nous avons d'abord contrôlé la densité des excitons via le pouvoir d'excitation », a expliqué Shi. « Une fois que la densité d'exciton atteint deux sites par Moiré, la corrélation entre les excitons ne peut pas être ignorée, et elle entraîne la transition QX à DX, le DX étant un exciton dipolaire opposé décalé dans la structure de triple.
Sur la base des données qu'ils ont enregistrées, les chercheurs ont pu produire un diagramme de phase détaillé qui délimite les conditions dans lesquelles les configurations QX et DX ont prévalu dans la structure de tricouche. Cela a conduit à un aperçu intéressant des facteurs contribuant à l'émergence de QXS dans les super-urés Moiré basés sur les semi-conducteurs 2D.
« Nous avons constaté que la corrélation joue un rôle important dans la formation du comportement de QX », a déclaré Shi. « Cela confirme les superlatttices Moiré Trilayer comme des plateformes fructueuses pour l'étude de la physique corrélée, qui ne fournit pas de solution analytique mais souvent des propriétés exotiques que nous désirons (comme la superfluidité, où le quasiparticule peut se déplacer avec une consommation d'énergie minimale).
Les travaux récents de Shi et de ses collègues ouvrent de nouvelles possibilités pour la manipulation des excitons dans les super-mères multicouches Moiré. À l'avenir, la nouvelle approche pourrait être utilisée pour réaliser de nouveaux états de physique quantique et corrélés émergeant de configurations d'exciton spécifiques.
De plus, cette étude récente pourrait éventuellement ouvrir la voie au développement de nouveaux dispositifs quantiques optoélectroniques et photoniques. Pendant ce temps, l'équipe prévoit de mener des recherches supplémentaires explorant l'émergence de QXS et DXS dans d'autres hétérostructures et substrats à motifs.
« Dans le cadre de nos prochaines études, nous continuerons d'explorer la physique corrélée dans ce système dans un avenir proche, comme un isolant de Mott excitonique ou un condensat Bose-Einstein (BEC) », a ajouté Shi.
Écrit pour vous par notre auteur Ingrid Fadelli, édité par Gaby Clark, et vérifié et examiné par Robert Egan – cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour garder le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce rapport vous importe, veuillez considérer un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte comme un remerciement.
