Ett papper av Quantum Photonics Lab vid Heriot-Watt, publiceras idag i toppklass Naturmaterial , identifierar hur man fångar mellanlagers excitoner (IX) och deras kvantfingeravtryck. IX:erna fångas av växelverkan mellan två ark med atomer gjorda av olika övergångsmetalldykalkogenider (TMD), som staplas ihop med en liten twist för att bilda ett moirémönster.

För de mindre kvantkunniga, eller mer modeintresserad, moiré -interferensmönster dyker upp när två liknande men något förskjutna mallar kombineras - som tyg som har utsatts för värme och tryck för att ge det ett krusigt utseende. I Quantum Photonics Lab, ledd av professor Gerardot, moirémönstren påverkar de viktigaste egenskaperna hos atomära heterostrukturer för att skapa ett nytt kvantmaterial.

Tvådimensionella (2-D) material, såsom grafen eller TMD, kan bilda en mängd olika heterostrukturer som hålls samman av svaga van der Waals (vdW) krafter, ger forskare en rik verktygslåda för att konstruera sina optoelektroniska egenskaper. VdW -flerlager kan också bilda moirémönster - en periodisk variation av inriktningen mellan motsvarande atomer i angränsande lager - genom att vrida arken med en relativ vinkel och/eller kombinera material med olika gitterkonstanter.

Dessutom, märkliga egenskaper härrör från 2D-karaktären hos TMD-skikten, inklusive ett fenomen som heter spin-valley-layer locking, som öppnar potentiella anslutningar till de större områdena spintronics och valleytronics som är av intresse för nästa generations optoelektroniska enheter.

Professor Gerardot förklarar betydelsen av sina fynd:"Mellanlagers excitoner fångade i atomära moirémönster har ett stort löfte för design av kvantmaterial baserat på van der Waals heterostrukturer, och undersökningar av deras grundläggande egenskaper är avgörande för framtida utveckling på området. "

Det vetenskapliga samfundet söker fortfarande strategier för att verifiera fångstplatsernas beskaffenhet och förstå rollen för provfel. En kombination av experimentella metoder skulle kunna användas för att klargöra atomrekonstruktionens roll, belastning och andra defekter, korrelerande optiska mätningar och icke-invasiva mikroskopitekniker.

Quantum Photonics Lab designar fullt justerbara elektroniska enheter, baserat på de vridna kvantmaterialen, att fullt ut förstå hur moirén kan interagera med varandra och utnyttjas för kvantoptikapplikationer.

Inom ett område som är särskilt rikt på möjligheter, vetenskapen rör sig i en imponerande takt och många genombrott kan förväntas.