在纳米物理学中找到正确的转折点

新型超薄纳米材料具有显著的特性。例如，如果在垂直装配中堆叠单个原子薄的晶体层，则会发生迷人的物理效果。例如，以1.1度的魔角扭曲的神奇材料石墨烯的双层可能表现出超导性。研究人员还将注意力集中在由所谓的过渡金属硫族化合物制成的双层半导体异质结构上，这些结构被范德华力弱地结合在一起。

由亚历山大·赫格勒(Alexander Högele)领导的研究小组研究了这种在自然界中不存在的新型异质结构。“材料的组合，层数及其相对取向产生了各种各样的新现象，”LMU物理学家说。

“在实验室中，我们可以为电子学，光子学或量子技术中的各种应用定制物理现象，这些物理现象具有天然晶体中未知的特性。然而，实验观察到的现象并不总是容易解释的，正如发表在《自然纳米技术》杂志上的一篇新论文所证明的那样。

Högele的团队研究了由范德华力结合在一起的异质双层系统，该系统由半导体单层二硒化钼(MoSe2)和二硒化钨(WSe2).根据各个图层的方向，可能会出现摩尔纹效果。

这些效应是我们日常生活中所熟悉的，当两个不同的原子晶格相互堆叠，或者两个相同的晶格相互扭曲时，也会出现在纳米世界中。纳米外壳的不同之处在于它不是光学效应。Högele解释说，在原子薄晶体异质结构的量子力学世界中，莫尔干涉极大地影响了复合系统的性质，也影响了电子和强结合的电子-空穴对或激子。

“我们的工作表明，异双层MoSe中完美摩尔纹图案的天真概念2-WSe2不一定成立，特别是对于小旋转角度。因此，对迄今为止观察到的现象学的解释将不得不部分修改，“Högele说。不是周期性的摩尔纹图案，而是横向扩展的区域不受摩尔纹干扰。

此外，还有一些具有有趣的量子力学效应的区域，例如一维量子线或准零维量子点，它们在基于具有单光子发射特性的空间局部激子的量子通信中具有潜在的可行性。在后一种情况下，理想的摩尔纹图案可能会转变为具有三角形或六边形平铺的周期性图案。

原因似乎在于晶格结构的弹性变形取决于层的方向。原子被移出其平衡位置，这是以增加单个层的应变为代价的，但促进了层之间的更好粘附。

其结果是异质双层系统中的能源景观，可以通过合理的设计进行工程设计和潜在开发。“我们还观察到合成晶体中的集体现象，其中周期性的摩尔纹图案对电子的运动及其相互作用具有显着影响，”Högele说。

决定性重要的是理解激子 - 电子 - 空穴对 - 这是双层晶体异质结构中不同类型的原子注册表的特征，并可能用于未来的光电应用。这些激子通过光吸收在半导体过渡金属硫族化合物中生成，并再次转化为光。

“因此，激子充当半导体晶体中光物质相互作用的介质，”Högele说。如本文所示，根据平行或反平行排列的异质双层系统的实际结构，会产生不同类型的激子。“我们想学习如何以确定性的方法制造具有定制特性的范德华异质结构，以控制相关效应(如磁性或超导性)的丰富涌现现象学。

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