Lorsque deux couches atomiques similaires avec des constantes de réseau non concordantes (la distance constante entre les cellules unitaires d'une couche) et/ou l'orientation sont empilées, la bicouche résultante peut présenter un motif moiré et former un super-réseau moiré.

Les motifs moirés sont des motifs d'interférence qui surviennent généralement lorsqu'un objet avec un motif répétitif est placé sur un autre avec un motif similaire. Super-réseaux moirés, formé de couches atomiques, peut présenter des phénomènes fascinants que l'on ne trouve pas dans les couches individuelles, ouvrir la porte à des révolutions technologiques dans de nombreux domaines, y compris le transport d'électricité, Ingénierie de l'information, et l'informatique quantique.

En projetant une lumière laser sur des super-réseaux semi-conducteurs moirés formés par l'empilement de deux matériaux atomiquement minces-diséléniure de tungstène monocouche (WSe 2 ) et le diséléniure de molybdène monocouche (MoSe 2 )—une équipe dirigée par des chercheurs de l'Université de Californie, Bord de rivière, et l'Academia Sinica à Taïwan ont découvert une nouvelle classe d'états excités électroniques appelés « trions moirés ».

"Ces trions, qui sont des états de trions confinés dans des puits de potentiel moiré - des creux d'énergie potentielle - du WSe 2 /MoSe 2 structure, présentent de nouvelles caractéristiques qui diffèrent sensiblement de celles des trions conventionnels, " a déclaré Chun Hung (Joshua) Lui, professeur adjoint au Département de physique et d'astronomie de l'UC Riverside, qui a dirigé la recherche.

L'étude, publié le 2 juin dans La nature , ouvre de nouvelles opportunités pour développer des émetteurs optiques quantiques à base de trions et offre de nouvelles approches pour explorer la physique du moiré.

Un trion est un état lié de deux électrons et d'un trou, ou un électron et deux trous. Un trou est la lacune d'un électron. Les trions sont les principaux émetteurs de lumière et porteurs d'énergie dans les semi-conducteurs atomiquement minces avec des charges supplémentaires. En appliquant des tensions externes, champs électriques ou magnétiques, de nombreuses caractéristiques des trions, comme leur population, polarisation d'émission, et mouvement, peut être contrôlé. L'accordabilité polyvalente des trions les rend utiles pour les émetteurs de lumière, transport d'énergie, et, potentiellement, transmission d'informations.

Dans les semi-conducteurs homogènes, les trions sont libres de se déplacer et de se disperser, résultant en un large spectre optique. Cependant, en superréseaux moirés, les trions sont piégés près des puits potentiels de moiré et deviennent des trions moirés. Leur confinement empêche une diffusion aléatoire.

"Nous trouvons que les raies d'émission des trions moirés sont plus de 10 fois plus nettes que celles des trions libres, " dit Lui. " Comme les trions moirés sont spatialement isolés, ils peuvent émettre des photons uniques, ce qui en fait une source optique réalisable pour la technologie de l'information quantique. »