Tecnologia Científica
Cientistas descobrem éxcitons Rydberg moiré
O estado de Rydberg é difundido em uma variedade de plataformas físicas, como átomos, moléculas e sólidos. Em particular, os excitons de Rydberg são estados altamente excitados ligados a Coulomb de pares elétron-buraco, descobertos...
Por
Zhang Nannan - 03/07/2023
Um cartoon mostrando os éxcitons Rydberg moiré na heteroestrutura WSe 2 /TBG. Crédito: IOP
O estado de Rydberg é difundido em uma variedade de plataformas físicas, como átomos, moléculas e sólidos. Em particular, os excitons de Rydberg são estados altamente excitados ligados a Coulomb de pares elétron-buraco, descobertos pela primeira vez no material semicondutor Cu 2 O na década de 1950.
Em um estudo publicado na Science , o Dr. Xu Yang e seus colegas do Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências (CAS), em colaboração com pesquisadores liderados pelo Dr. que são excitons de Rydberg presos por moiré no semicondutor de monocamada WSe 2 adjacente ao grafeno de bicamada torcido de pequeno ângulo (TBG).
A natureza de estado sólido dos excitons de Rydberg, combinada com seus grandes momentos de dipolo, fortes interações mútuas e interações bastante aprimoradas com o ambiente, promete uma ampla gama de aplicações em detecção, óptica quântica e simulação quântica.
No entanto, os pesquisadores não exploraram totalmente o potencial dos excitons de Rydberg. Um dos principais obstáculos reside na dificuldade de capturar e manipular eficientemente os excitons de Rydberg. O surgimento de superredes moiré bidimensionais (2D) com potenciais periódicos altamente sintonizáveis ??fornece um possível caminho a seguir.
Nos últimos anos, o Dr. Xu Yang e seus colaboradores têm trabalhado na exploração da aplicação de éxcitons de Rydberg em dicalcogenetos de metais de transição semicondutores 2D (como WSe 2 ). Eles desenvolveram uma nova técnica de detecção de Rydberg que explora a sensibilidade dos excitons de Rydberg ao ambiente dielétrico para detectar as fases exóticas em um sistema eletrônico 2D próximo.
Neste estudo, usando medições de espectroscopia óptica de baixa temperatura, os pesquisadores primeiro encontraram os éxcitons Rydberg moiré manifestando-se como múltiplas divisões de energia, um pronunciado desvio para o vermelho e uma largura de linha estreita nos espectros de refletância.
Usando cálculos numéricos realizados pelo grupo da Universidade de Wuhan, os pesquisadores atribuíram essas observações à distribuição de carga variável espacialmente no TBG, que cria uma paisagem potencial periódica (o chamado potencial moiré) para interagir com os excitons de Rydberg.
O forte confinamento dos excitons de Rydberg é alcançado pelas interações intercamadas amplamente desiguais do elétron constituinte e do buraco de um exciton de Rydberg devido às cargas espacialmente acumuladas centradas nas regiões empilhadas de AA de TBG. Os éxcitons moiré de Rydberg, portanto, realizam a separação elétron-buraco e exibem o caráter de éxcitons de transferência de carga de vida longa.
Os pesquisadores demonstraram um novo método de manipulação de excitons Rydberg, que é difícil de conseguir em semicondutores a granel. A superrede moiré de comprimento de onda longo (dezenas de nm) neste estudo serve como um análogo para as redes ópticas criadas por um feixe de laser de onda estacionária ou matrizes de pinças ópticas que são usadas para o aprisionamento de átomos de Rydberg.
Além disso, comprimentos de onda moiré ajustáveis, gating eletrostático in-situ e uma vida útil mais longa garantem grande controlabilidade do sistema, com uma forte interação luz-matéria para leitura e excitação óptica convenientes.
Este estudo pode fornecer novas oportunidades para realizar o próximo passo nas interações Rydberg-Rydberg e no controle coerente dos estados de Rydberg, com aplicações potenciais no processamento de informações quânticas e na computação quântica.
Mais informações: Qianying Hu et al, Observation of Rydberg moiré excitons, Science (2023). DOI: 10.1126/science.adh1506
Informações da revista: Science
