Moiréthan令人眼前一亮：Phasons使层间激子能够在低温下移动以实现量子稳定性

当你堆叠和旋转两个具有规则重复形状的图像副本时，就会出现莫尔图案，将简单的正方形或三角形图案变成一个时髦的波浪图案，在组合图像中以视觉上的愉悦感移动

同样，堆叠单层亚纳米厚的半导体材料，称为过渡金属二硫化物（TMD），可以产生莫尔势，层之间可能会出现新的电子和光电子性能

莫尔势能是一种势能的“海景”，有规律地重复波峰和波谷。它们以前被认为是静止的。但是劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）分子铸造厂的一组研究人员发现了TMD堆叠时出现的莫尔势的一些不同寻常之处：即使在低温下，它们也在不断移动

他们的发现有助于材料科学的基础知识。它还有望提高量子技术的稳定性，因为控制莫尔势可以帮助减轻量子比特和传感器中的退相干。当干涉导致量子态及其信息丢失时，就会发生退相干。研究人员在ACS Nano上发表了他们的发现

这项研究是伯克利实验室通过在量子研究生态系统中从理论到应用、制造和测试基于量子的设备以及开发软件和算法来推进量子信息系统的更广泛努力的一部分

这项研究由Antonio Rossi领导，他是Molecular Foundry的科学家Alex Weber Bargioni的前博士后学者。Rossi回到伯克利实验室，与Molecular Foundry的科学家Archana Raja合作，利用Foundry纳米结构成像和操纵设施中的工具

Raja的实验室专注于在-150°C以下的温度下使用超快激光和光谱学来表征二维材料。用绿色脉冲激光激发分层TMD样品可以激发电子，使其从基态跃迁到激发态。激发的电子留下一个带正电荷的“空穴”，形成电子-空穴对或激子

在有限温度下显示2ns莫尔动力学。图片来源：ACS Nano（2024）。DOI:10.1021/acsnano.4c00015

已知激子在单层材料中形成。然而，在堆叠的双层系统中，激子是分离的；电子进入二硫化钨层，带正电的空穴留在二硒化钨层中。在材料界，这些特殊的层跳跃激子被称为“层间激子”或IX

罗西说：“你会认为莫尔山谷会成为陷阱。”。“因此，一旦激子被困在那里，它基本上就被困住了。这就像坐在山谷里，你只能看到周围的山脉。你没有移动。”

然而，研究小组注意到，尽管被困在里面，IX还是探索了莫尔的海景。“使这种莫尔势移动只需要很少的能量，所以莫尔的移动就像暴风雨般的大海，”罗西解释道

Raja说：“我们发现，即使在非常寒冷的温度下，能量和信息也不会像你想象的那样局部化。这是由于莫尔图案的特殊‘机械特性’造成的。”。“在不同的温度下，有不同的方式来传输能量和信息。这是一种新的方式。”Raja团队的博士后研究员、合作者Jonas Zipfel与Rossi合作，实现了测量的自动化，以更好地理解激子的运动。Raja说：“Jonas的工作使我们能够无缝地收集发光光谱、图像和寿命（数据），所有这些都使我们能够提取激子的扩散率（运动）。”

为了观察运动中的激子，伦敦帝国理工学院的Johannes Lischner和Indrajit Maity使用模拟来获得莫尔条纹潜在“海景”的快照。他们想看看它在不同时间的表现

通过与理论家Lischner和Maity合作，研究小组对他们的观察得出了唯一合乎逻辑的解释：莫尔势本身一定在移动

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捕捉运动中的低温准粒子

研究人员提出，一种名为相子的低温准颗粒使IX即使在被捕获时也能移动。准粒子是晶格中的能量量子；它有动量和位置，通常表现得像粒子。Phason是被认为自然存在于莫尔势中的准粒子

Rossi表示：“（层间）激子在莫尔条纹上冲浪并四处移动。”。他认为，相位子调节运动的方式与冲浪板让冲浪者抓住波浪的方式相同。“在某种程度上，它携带着激子。”Rossi和团队发现莫尔势中层间激子的运动与角度和温度有关。当TMD层平行时（当堆叠层的分子沿同一方向排列时），它们的运动最大

出乎意料的是，随着系统温度接近零，层间激子的运动逐渐减小到略高于零的数值，而不是完全停止。虽然这个数字很小，但意义重大

Rossi解释说：“令人惊讶的是，即使在所有东西都应该冻结的非常低的温度下，这种运动也会发生。”他的下一步包括研究扭曲双层石墨烯中的超导性，这可能是由相子准粒子引起的。Rossi目前正在意大利理工学院NEST纳米技术创新中心进行研究

Raja对探索不同的半导体和莫尔系统很感兴趣。她还对直接成像相位子的可能性很感兴趣。她说：“我们的证据是通过（层间）激子的扩散，但我们还没有完全抓住相子。”