NatureWSe2MoS2异质结构，层间激子

　　层间激子Interlayer excitons（ILXs），电子/空穴对束缚在两个原子薄的层状半导体之间,已经成为研究激子凝聚、单光子发射和其他量子信息应用平台。然而，尽管存在广泛的光谱研究，但关于层间激子的大小、谷结构和莫尔势影响的关键信息，仍然未知。
　　今日，日本 冲绳科学技术大学院大学（Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University）Keshav M. Dani团队Ouri Karni 斯坦福大学， 国家加速器实验室(SLAC National Accelerator Laboratory)等在Nature上发文，报道了在WSe2/MoS2异质结构中，捕获了结合形成层间激子ILX的两个粒子（电子和空穴）的时间分辨和动量分辨分布图像。因此，获得了约5.2nm的层间激子ILX直径（与6.1nm的莫尔晶胞长度相当）及其质心定位的直接测量。这种大尺寸的层间激子ILX，固定在莫尔晶胞内直径仅为1.8nm区域，小于激子本身尺寸。层间激子ILX的这种高度局部化，得到了Bethe–Salpeter方程计算的支持，并证明层间激子ILX，可以在较小的莫尔晶胞内局部化。与较大的莫尔单元不同，这些单元在较大区域上是均匀的，允许形成用于量子技术的局部激发扩展阵列。
　　Structure of the moiré exciton captured by imaging its electron and hole。
　　莫尔激子结构的电子和空穴成像。
　　图1：样品结构和实验配置。
　　图2：静态和光激发TR-μ-ARPES测量。
　　图3：层间激子ILX电子和空穴的时间分辨和动量分辨分布。
　　图4：实空间中的层间激子ILX波函数。
　　在过渡金属硫化物垂直堆叠后，可以形成二维范德瓦尔斯异质结，其中，第二类型能带结构，促使了空间间接激子产生，即＂层间激子＂。
　　该项研究，实验测量了束缚态中电子和空穴动量分布，提供了以前无法获得的关于表征层间激子ILX二体波函数的相对坐标和质心centre of mass COM坐标信息。对层间激子ILX相对坐标的实验测量，提供了其具体尺寸，从而确定了各种多激子过程（如Mott跃迁和激子-激子湮灭）性质和阈值的关键参数。激子质心COM坐标，在其基础物理中也起着重要作用。观察到的局域化，以及当层间激子ILX密度穿过每个莫尔单元时，动量空间加宽的开始，类似于基于杂质的量子点中的激子行为。
　　这些观测结果，支持了量子技术中的新兴方案，该方案使用了由周期性莫尔势产生的类似量子点的状态阵列。与较大的莫尔周期相比，使用具有小莫尔周期的晶格失配异质双层，具有扩展空间均匀性和对应变场鲁棒性的关键优势。同时，还提出了关于莫尔周期如何影响激子-激子相互作用和莫尔局域化。最后，质心COM分布提供了对激子系综温度的直接访问。结合直接从数据中读取激子密度，该实验测量，为研究多体激子态、及其与关联电子的相互作用以及相应相图，提供了重要的新工具。
　　文献链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04360-y
　　DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-021-04360-y
　　本文译自Nature。
　　进展 | 高压下WS₂/MoSe₂异质结中稳定的层间激子