当一对带负电的电子和带正电的空穴在光激发后保持结合在一起时，它们会产生称为激子的状态。这些状态可以影响材料的光学特性，从而使它们能够用于开发各种技术。
来自伦斯勒理工学院、伦敦帝国理工学院、加州大学河滨分校、卡内基梅隆大学和全球其他研究所的一组研究人员多年来一直在研究激子的形成，同时也试图为光电应用寻找新的有前途的材料。
在发布在《自然物理学》上的一篇论文中，他们提出了WSe中所谓的激子莫特绝缘体态的证据2/WS2基于摩尔纹超晶格。
“在我们之前的工作中，我们已经证明电子和电子相关相互作用在这个WSe中很强2/WS2摩尔纹超晶格，“进行这项研究的研究人员之一Sufei Shi告诉 Phys.org。
“我们怀疑激子-电子和激子-激子相互作用也很强。我们可以潜在地利用这种强激子相关性来实现激子的新量子态，激子是玻色子，与费米子不同。
Shi和他的同事们已经研究了一段时间的摩尔纹超晶格，因为它们独特的结构使它们成为操纵激子的理想选择。这些结构由两个或多个原子薄晶体堆叠在一起组成，但以典型的扭曲角度产生所谓的“晶格失配”。
在他们之前的研究中，研究人员表明，在基于WSe的摩尔纹超晶格中，电子之间的相互作用特别强2和 WS2晶体。在他们的新论文中，他们开始进一步研究这种相同的结构，并探索其作为实现激子量子态的平台的潜力。
“在我们的实验中，我们主要使用光谱技术，特别是光致发光光谱，”Shi解释说。“层间激子的发射光子能量作为掺杂和激发功率的函数，揭示了强烈的电子-激子排斥和激子-激子排斥。”
Shi和他的同事们进行的实验收集了证据，证明在WSe中出现了激子驱动的Mott绝缘体状态2/WS2结构，特别是当一个层间激子占据摩尔纹超晶格细胞中的细胞时。这种状态可能对量子系统的研究和发展产生有趣的影响。
“我们研究最显着的成就是激子莫特绝缘体态的形成，这是对玻色子哈伯德模型的预测，”Shi说。“这表明激子相关性在莫尔超晶格中确实很强，我们可以用它来构建由玻色子的多体哈密顿量产生的量子态。
该团队最近的研究进一步验证了先前的发现，突出了这种WS的潜力2/WSe2用于研究和设计新相关态的莫尔超晶格。它所揭示的激子莫特绝缘体状态可以在未来的研究中被复制和进一步研究，同时也为使用相同实验平台的其他工作提供信息。
“在我们的下一个研究中，我们希望探索这种激子莫特绝缘体态的谷自旋，一种新的量子自由度，”Shi补充道。“我们还希望利用我们的新理解来构建新的量子态，并基于激子或激子-电子混合物进行量子模拟。
