Un article du Quantum Photonics Lab à Heriot-Watt, publié aujourd'hui dans le top Matériaux naturels , identifie comment piéger les excitons intercouches (IX) et leurs empreintes quantiques. Les IX sont piégés par l'interaction de deux nappes d'atomes constituées de différents dichalcogénures de métaux de transition (TMD), qui sont empilés avec une petite torsion pour former un motif moiré.

Pour les moins alphabétisés quantiques, ou plus tendance, Des motifs d'interférence moirés apparaissent chaque fois que deux modèles similaires mais légèrement décalés sont combinés, comme un tissu en soie qui a été soumis à la chaleur et à la pression pour lui donner un aspect ondulé. Dans le laboratoire de photonique quantique, dirigé par le professeur Gérardot, les motifs moirés affectent les propriétés clés des hétérostructures atomiques pour créer un nouveau matériau quantique.

Matériaux bidimensionnels (2-D), comme le graphène ou les TMD, peut former une variété d'hétérostructures maintenues ensemble par de faibles forces de van der Waals (vdW), doter les scientifiques d'une riche boîte à outils pour l'ingénierie de leurs propriétés optoélectroniques. Les multicouches VdW peuvent également former des motifs moirés - une variation périodique de l'alignement entre les atomes correspondants dans les couches adjacentes - en tordant les feuilles d'un angle relatif et/ou en combinant des matériaux avec des constantes de réseau différentes.

En outre, des caractéristiques particulières dérivent de la nature 2-D des couches TMD, y compris un phénomène appelé verrouillage de la couche de spin-valley, qui ouvrent des connexions potentielles aux domaines plus vastes de la spintronique et de la valleytronics qui présentent un intérêt pour les dispositifs optoélectroniques de nouvelle génération.

Le professeur Gerardot explique l'importance de ses découvertes :« Les excitons intercouches piégés dans des motifs de moirage atomique sont très prometteurs pour la conception de matériaux quantiques basés sur les hétérostructures de van der Waals, et les investigations sur leurs propriétés fondamentales sont cruciales pour les développements futurs dans le domaine. »

La communauté scientifique cherche toujours des stratégies pour vérifier la nature des sites de piégeage et comprendre le rôle des imperfections des échantillons. Une combinaison de méthodes expérimentales pourrait être employée pour clarifier le rôle de la reconstruction atomique, déformation et autres défauts, mettre en corrélation les mesures optiques et les techniques de microscopie non invasive.

Le Quantum Photonics Lab conçoit des dispositifs électroniques entièrement réglables, basé sur les matériaux quantiques torsadés, pour bien comprendre comment le moiré peut interagir les uns avec les autres et être exploité pour des applications d'optique quantique.

Dans un domaine particulièrement riche en opportunités, la science avance à un rythme impressionnant et de nombreuses percées peuvent être attendues.