Un articolo del Quantum Photonics Lab di Heriot-Watt, pubblicato oggi in alto livello Materiali della natura , identifica come intrappolare gli eccitoni interstrato (IX) e le loro impronte quantistiche. Gli IX sono intrappolati dall'interazione di due fogli di atomi costituiti da diversi dicalcogenuri di metalli di transizione (TMD), che vengono impilati insieme con una piccola torsione per formare un motivo moiré.

Per i meno alfabetizzati quantistici, o più alla moda, modelli di interferenza moiré emergono ogni volta che vengono combinati due modelli simili ma leggermente sfalsati, come il tessuto di seta che è stato sottoposto a calore e pressione per dargli un aspetto increspato. Nel laboratorio di fotonica quantistica, guidato dal professor Gerardot, i modelli moiré influenzano le proprietà chiave delle eterostrutture atomiche per creare un nuovo materiale quantistico.

Materiali bidimensionali (2-D), come grafene o TMD, può formare una varietà di eterostrutture tenute insieme da deboli forze di van der Waals (vdW), dotare gli scienziati di una ricca cassetta degli attrezzi per ingegnerizzare le loro proprietà optoelettroniche. I multistrati VdW possono anche formare motivi moiré, una variazione periodica dell'allineamento tra atomi corrispondenti in strati adiacenti, torcendo i fogli di un angolo relativo e/o combinando materiali con diverse costanti reticolari.

Inoltre, caratteristiche peculiari derivano dalla natura 2-D degli strati TMD incluso un fenomeno chiamato spin-valley-layer bloccaggio, che aprono potenziali connessioni ai più ampi campi della spintronica e della valleytronica che sono di interesse per i dispositivi optoelettronici di prossima generazione.

Il professor Gerardot spiega il significato delle sue scoperte:"Gli eccitoni intercalari intrappolati in modelli atomici moiré sono molto promettenti per la progettazione di materiali quantistici basati su eterostrutture di van der Waals, e le indagini sulle loro proprietà fondamentali sono cruciali per gli sviluppi futuri nel campo."

La comunità scientifica è ancora alla ricerca di strategie per verificare la natura dei siti di cattura e comprendere il ruolo delle imperfezioni del campione. Una combinazione di metodi sperimentali potrebbe essere impiegata per chiarire il ruolo della ricostruzione atomica, deformazione e altri difetti, correlando misure ottiche e tecniche di microscopia non invasiva.

Il Quantum Photonics Lab sta progettando dispositivi elettronici completamente sintonizzabili, basato sui materiali quantistici contorti, per comprendere appieno come i moiré possano interagire tra loro ed essere sfruttati per applicazioni di ottica quantistica.

In un settore particolarmente ricco di opportunità, la scienza si muove a un ritmo impressionante e ci si possono aspettare molte scoperte.