La formación de un estado de aislante de Mott excitónico en una superred de moiré.
27 de noviembre de 2023
característica
Este artículo ha sido revisado de acuerdo al proceso editorial y políticas de Science X. Los editores han resaltado los siguientes atributos al tiempo que garantizan la credibilidad del contenido:
- verificado por hechos
- publicación revisada por pares
- fuente confiable
- corrección de pruebas
por Ingrid Fadelli, Phys.org
Cuando un electrón cargado negativamente y un hueco cargado positivamente en un par permanecen unidos después de ser excitados por la luz, producen estados conocidos como excitones. Estos estados pueden influir en las propiedades ópticas de los materiales, lo que a su vez permite su uso en el desarrollo de diversas tecnologías.
Un equipo de investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer, Imperial College London, University of California Riverside, Carnegie Mellon University y otros institutos a nivel mundial ha estado estudiando la formación de excitones durante años, al mismo tiempo que intenta identificar nuevos materiales prometedores para aplicaciones optoelectrónicas.
En un artículo publicado en Nature Physics, presentan evidencia de un estado denominado aislante de Mott excitónico en una superred de moiré basada en WSe2/WS2 (es decir, un patrón de interferencia periódico que surge al superponer dos capas atómicas con una periodicidad ligeramente diferente).
"En nuestro trabajo anterior, hemos demostrado que la interacción de correlación de los electrones y los electrones es fuerte en esta superred de moiré de WSe2/WS2", dijo Sufei Shi, uno de los investigadores que realizó el estudio, a Phys.org. "Sospechamos que la interacción excitón-electrón y excitón-excitón también es fuerte. Potencialmente podemos utilizar esta fuerte correlación de excitón para realizar nuevos estados cuánticos de excitones, que son bosones y serían diferentes de los fermiones (electrones)".
Shi y sus colegas han estado estudiando las superredes de moiré durante un tiempo, debido a su estructura única que las hace deseables para manipular excitones. Estas estructuras están formadas por dos o más cristales atómicamente delgados apilados uno encima del otro, pero con un ángulo característicamente retorcido produciendo lo que se conoce como "desajuste de red".
En su investigación anterior, los investigadores demostraron que la interacción entre los electrones era particularmente fuerte en una superred de moiré basada en los cristales de WSe2 y WS2. En su nuevo artículo, se propusieron examinar aún más esta misma estructura y explorar su potencial como plataforma para realizar estados cuánticos de excitones.
"En nuestro experimento, principalmente utilizamos técnicas de espectroscopía óptica, especialmente espectroscopía de fotoluminiscencia (PL)", explicó Shi. "La energía del fotón emitido por el excitón de capa intercalar en función del dopaje (electrones o huecos añadidos a la superred de moiré) y la potencia de excitación (controlando la densidad promedio de excitones) revela la fuerte repulsión electrón-excitón y repulsión excitón-excitón".
Los experimentos realizados por Shi y sus colegas recopilaron evidencia de que un estado aislante de Mott impulsado por excitones emerge en la estructura WSe2/WS2 cuando un excitón intercapa ocupa una celda en una celda de la superred de moiré. Este estado podría tener implicaciones interesantes para el estudio y desarrollo de sistemas cuánticos.
"El logro más notable de nuestro estudio es la formación de un estado aislante de Mott excitónico, que es una predicción del modelo de Hubbard bosónico", dijo Shi. "Esto demuestra que la correlación de excitón es realmente fuerte en la superred de moiré, y podemos usar eso para construir estados cuánticos que surgen de Hamiltoniano de muchos cuerpos de bosones".
El reciente estudio realizado por este equipo de investigadores valida aún más hallazgos anteriores, resaltando el potencial de esta superred de moiré WS2/WSe2 para estudiar y diseñar nuevos estados correlacionados. El estado aislante de Mott excitónico revelado podría reproducirse y examinarse más a fondo en investigaciones futuras, al tiempo que informa sobre otras obras que utilizan la misma plataforma experimental.
"En nuestros próximos estudios, queremos explorar el valle-espin, un nuevo grado de libertad cuántico, de este estado aislante de Mott excitónico", agregó Shi. "También queremos utilizar nuestra nueva comprensión para construir nuevos estados cuánticos y realizar simulaciones cuánticas basadas en excitones o mezclas de excitón-electrón".
Información del diario: Nature Physics
© 2023 Science X Network
