Un trion atrapado en un pozo potencial de muaré. El plano representa la superrejilla de muaré con un patrón de muaré simplificado. Tres celdas de muaré están resaltadas en color. Por encima de ellos está el perfil de energía potencial. La esfera con tres "bolas" brillantes representa el trion muaré. Crédito:Ella Maru Studio, Hongyi Yu y Wang Yao, Universidad de Hong Kong; Wangxiang Li y Joshua Lui, UC Riverside
Cuando dos capas atómicas similares con constantes de celosía que no coinciden (la distancia constante entre las celdas unitarias de una capa) y / o la orientación se apilan juntas, la bicapa resultante puede presentar un patrón muaré y formar una superrejilla muaré.
Los patrones de muaré son patrones de interferencia que normalmente surgen cuando un objeto con un patrón repetitivo se coloca sobre otro con un patrón similar. Superredes de muaré, formado por capas atómicas, puede exhibir fenómenos fascinantes que no se encuentran en las capas individuales, abriendo la puerta a revoluciones tecnológicas en muchas áreas, incluida la transmisión de electricidad, Ingeniería de Información, y computación cuántica.
Al iluminar con luz láser superredes semiconductoras de muaré formadas apilando dos materiales atómicamente delgados:diselenuro de tungsteno monocapa (WSe 2 ) y diselenuro de molibdeno monocapa (MoSe 2 ):Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de California, Orilla, y la Academia Sinica en Taiwán encontraron una nueva clase de estados electrónicos excitados llamados "triones muaré".
"Estos triones, que son estados triónicos confinados en pozos de potencial muaré (caídas en energía potencial) del WSe 2 / MoSe 2 estructura, exhiben características novedosas que difieren notablemente de las de los triones convencionales, "dijo Chun Hung (Joshua) Lui, profesor asistente en el Departamento de Física y Astronomía de UC Riverside, quien dirigió la investigación.
El estudio, publicado el 2 de junio en Naturaleza , abre nuevas oportunidades para desarrollar emisores ópticos cuánticos basados en trion y ofrece nuevos enfoques para explorar la física del moiré.
Un trion es un estado ligado de dos electrones y un agujero, o un electrón y dos huecos. Un agujero es la vacante de un electrón. Los triones son los emisores de luz y portadores de energía dominantes en semiconductores atómicamente delgados con cargas adicionales. Aplicando voltajes externos, campos eléctricos o magnéticos, muchas características de triones, como su población, polarización de emisión, y movimiento, puede ser controlado. La versatilidad de sintonización de los trions los hace útiles para emisores de luz, transporte de energía, y, potencialmente, transmisión de información.
En semiconductores homogéneos, triones son libres de moverse y dispersarse, resultando en amplios espectros ópticos. Sin embargo, en superredes muaré, triones quedan atrapados cerca de pozos potenciales muaré y se convierten en triones muaré. Su confinamiento allí evita la dispersión aleatoria.
"Encontramos que las líneas de emisión de los triones muaré son más de 10 veces más nítidas que las de los triones libres, ", Dijo Lui." Como los triones de muaré están espacialmente aislados, pueden emitir fotones individuales, haciéndolos una fuente óptica viable para la tecnología de la información cuántica ".
"Nuestro trabajo apunta a la posibilidad de generar matrices bidimensionales de triones en los pozos de potencial muaré periódicos, "dijo Erfu Liu, investigador postdoctoral en el laboratorio de Lui y primer autor del trabajo de investigación. "Estos arreglos trion 2D pueden exhibir coherencia espacial, revelar nueva física, y encontrar aplicaciones en tecnología láser ".
La investigación sobre triones muaré también revela algunas nuevas físicas que pueden ser útiles en estudios posteriores de superredes muaré.
"Se sabe que las superredes de Moiré albergan muchas 'minibanda' en su estructura de banda de energía electrónica, ", Dijo Lui." Estas minibanda son cruciales para fenómenos fascinantes, como la superconductividad, en superredes muaré. Debido al pequeño espacio de energía entre estas minibanda, es un desafío sondear su estructura detallada. Moiré trions inspira un nuevo enfoque para probar las minibanda ".
Liu explicó que en los semiconductores convencionales con bandas electrónicas relativamente simples, un trión decae en el mismo estado electrónico final y muestra solo una línea de emisión. Pero en superredes de muaré con múltiples minibanda electrónicas, un trión puede descomponerse en estados en diferentes minibanda, él dijo.
"Esto producirá múltiples líneas de emisión, y la separación de energía de estas líneas refleja el espaciado de energía de las minibanda, ", añadió." Nuestros resultados apoyan este comportamiento novedoso de los triones muaré y sugieren que la espectroscopia de triones muaré se puede desarrollar para sondear electrones en superredes muaré ".
Dadas las características novedosas de los triones muaré, Lui espera que la investigación sobre triones muaré atraiga mucha atención.
"En efecto, Los investigadores de la Universidad Heriot-Watt en el Reino Unido también informaron recientemente estudios relacionados de triones muaré. Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur, y la Universidad de Tsinghua en China, ", dijo." Creo que la investigación de moiré trion aumentará y conducirá a muchos descubrimientos emocionantes en el futuro ".
El artículo de investigación se titula "Firmas de triones muaré en WSe 2 / MoSe 2 heterobicapas ".
