中南大学刘艳平教授团队在国际顶级光学期刊发表研究成果

近日，Nature 旗下国际顶级光学期刊 Light-Science & Applications 在线发表了中南大学物理与电子学院刘艳平教授团队基于范德华扭角同质结WSe2/WSe2超晶格中莫尔激子光学特性的最新研究成果。该研究首次在扭角范德华同质结WSe2/WSe2超晶格中观察到了莫尔层内激子，通过实验验证了莫尔超晶格中周期的莫尔势能对激子态的捕获作用，使得基于扭曲 过渡金属二硫属化物(TMD) 材料的莫尔超晶格可以为探索强相关的新型量子现象提供新的维度，例如量子点发射阵列, 低能平带, 常规超导和莫特绝缘态等。

该篇在线发表的论文题为“Evidence for Moiré Intralayer Excitons in Twisted WSe2/WSe2Homobilayer Superlattices”，中南大学为该论文的第一完成单位及通讯作者单位。文章的第一作者为中南大学2020级博士研究生吴彪，中南大学刘艳教授平为第一单位通讯作者，湖南大学潘安练教授为共同通讯作者。此次发表的论文是继该团队在国际著名学术期刊Chem. Soc. Rev、Nature Communications、Nano Letters、Nano-Micro Letters上基于二维材料激子光学特性的又一创新性成果。

范德华扭角同质结WSe2/WSe2超晶格中莫尔激子的特性

二维材料莫尔超晶格为探索新的相关物理基础开辟了新的机会，因为可以设计几乎平坦的电子带来增强电子-电子相关性的影响。这种现象首次在基于石墨烯的莫尔超晶格中观察到，其中石墨烯莫尔系统显示出相关的绝缘体状态、拓扑相和非常规超导性已被报道。在基于石墨烯的莫尔超晶格的推动下，预计基于 TMD 的莫尔超晶格可能具有更平坦的微带，从而改善长程库仑相互作用的效果。与扭曲的双层石墨烯相比，扁平带仅出现在魔角，而扭曲的 TMD 双层具有更宽的角度范围，这使得它们在实验上相对容易实现。另外，TMD材料大的自旋-轨道耦合为拓扑带工程和自旋/谷的光学控制提供了丰富的机会。因此，基于扭曲 TMD 材料的莫尔超晶格可以为探索强相关的新型量子现象提供新的维度，这种新策略将有望用于量子计算、量子通讯、新型超导体等领域。

莫尔超晶格充当空间中的周期性限制势来捕获激子(IX)，从而产生莫尔激子阵列，这为量子发射器和多体物理学提供了机会。最近广泛报道了在扭角的过渡金属二硫属化物 (TMD) 异质结构中观察到莫尔 IX。然而，基于TMD 扭曲同质结 (T-HB) 的莫尔层内激子的捕获和研究仍然面临挑战。刘艳平教授团队通过测量小扭角WSe2/WSe2同质结超晶格中的PL 光谱，成功观察到了莫尔层内激子。莫尔激子能量范围为1.55～1.73 eV的多个分裂峰与单层WSe2激子峰不同，分裂峰是由通过莫尔电位捕获层内激子引起的。温度、激光功率和谷极化的变化进一步证明了莫尔势能对莫尔层内激子的限制作用。这些发现为探索新的相关量子现象及其应用提供了新途径。

据悉，该研究工作得到了国家自然科学基金、湖南省重点研发计划、湖南省杰出青年基金、湖南省芙蓉学者特聘教授基金、中南大学高性能复杂制造国家重点实验室自主研究课题和中南大学创新驱动青年团队等项目基金的支持，并获得中南大学高性能计算公共平台在材料结构计算等方面提供的有力支持。

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