作者特蕾莎·杜克，劳伦斯·伯克利国家实验室 原子般薄的二硫化钨层和二硒化钨层之间形成的扭转角就像一个“调谐钮”，将普通的半导体变成一种奇异的量子材料
学分:伯克利实验室 由能源部劳伦斯·伯克利国家实验室(伯克利实验室)领导的一组研究人员开发了一种简单的方法，可以将普通的半导体材料转化为量子机器——以非凡的电子行为为标志的超级设备
这样的进步有助于彻底改变许多致力于节能电子系统的行业，并为奇异的新物理学提供一个平台
这项研究描述了一种方法，将二维二硫化钨层和二硒化钨层叠加在一起，形成一种复杂的图案化材料，即超晶格。这项研究最近在《自然》杂志上在线发表
“这是一个惊人的发现，因为我们不认为这些半导体材料是强相互作用的，”伯克利实验室材料科学部的凝聚态物理学家、加州大学伯克利分校的物理学教授汪锋说
“现在这项工作已经将这些看似普通的半导体带入了量子材料领域
" 只有一个原子厚的二维(2-D)材料就像纳米尺寸的积木，可以任意堆叠形成微型器件
当两种二维材料的晶格相似且排列整齐时，就可以形成一种叫做莫尔超晶格的重复图案
过去十年来，研究人员一直在研究结合不同二维材料的方法，通常从石墨烯开始——石墨烯是一种以高效导热和导电而闻名的材料
在这项工作中，其他研究人员发现，由石墨烯形成的云纹超晶格表现出奇异的物理性质，例如当各层以正确的角度排列时，就会产生超导性
由王领导的这项新研究使用了二维半导体材料样本——二硫化钨和二硒化钨——来表明，层与层之间的扭转角提供了一个“调谐钮”，可以将二维半导体系统变成一种具有高度相互作用电子的奇异量子材料
进入物理学的新领域 合著者、博士后金(音)和研究生埃玛·里根(音)都在加州大学伯克利分校超快纳米光学组的王手下工作。他们利用一种基于聚合物的技术制作了二硫化钨和二硒化钨样品，将直径只有几十微米的薄片材料收集并转移到一个堆栈中
2D二硫化钨/二硒钨器件中三种不同激子态的大势能可以将奇异的量子现象引入半导体材料
学分:伯克利实验室 他们为之前的研究制作了类似的材料样品，但是两层没有特定的角度
当他们为当前的研究测量一种新的二硫化钨和二硒钨样品的光吸收时，他们完全出乎意料
当二硫化钨/二硒化钨器件的可见光吸收与系统激子的能量相同时，可见光吸收最大。激子是一种准粒子，由束缚在二维半导体中常见的空穴上的电子组成
(在物理学中，空穴是一个电子可以占据的当前空态
) 对于研究人员正在考虑的能量范围内的光，他们希望在信号中看到一个对应于激子能量的峰值
相反，他们发现他们期望看到的原始峰分裂成三个不同的峰，代表三种不同的激子状态
是什么将二硫化钨/钨器件中的激子态从一个增加到三个？是莫尔超晶格的增加吗？ 为了找到答案，他们的合作者艾明·严和亚历克斯·泽特尔在伯克利实验室的分子铸造厂(一个纳米科学研究机构)使用透射电子显微镜拍摄了二硫化钨/二硒钨器件的原子分辨率图像，以检查材料的晶格是如何排列的
透射电镜图像证实了他们一直以来的怀疑:这些材料确实形成了莫尔超晶格
“我们在整个样本上看到了美丽的、重复的图案，”里根说
“将这一实验观察结果与理论模型进行比较后，我们发现莫尔条纹在器件上周期性地引入了很大的势能，因此可能会引入奇异的量子现象
" 研究人员下一步计划测量这种新的量子系统如何应用于光电子学，这与光在电子学中的应用有关；valleytronics，一个可以通过缩小电子元件来扩展摩尔定律极限的领域；和超导性，这将允许电子在几乎没有电阻的设备中流动
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