扭一扭 二維材料變身人工量子平臺 有望推動量子新技術研發

一個國際研究小組在近日出版的《自然》雜志上發表論文稱，他們開發出一種新系統，通過堆疊、扭曲兩種二維材料，即可實現對單個激子的精確捕捉和操控。研究人員稱，該研究成果為開發能精確監測激子的新型實驗平臺奠定了基礎，有望推動量子新技術研發。

激子是與光子相互作用后產生的可移動的電子—空穴對，因具有“信息記錄”特性而成為量子信息技術領域的重點研究對象。無論在何種技術應用中利用激子的“信息記錄”特性，都需要創建一個系統來捕獲單個激子，否則其會隨意擴散，導致無法追蹤。

此次，由美國華盛頓大學、田納西大學、橡樹嶺國家實驗室以及中國香港大學物理學家組成的研究小組發現，當把兩種單層二維半導體材料———二硒化鉬和二硒化鎢堆疊在一起并進行扭曲后，會形成一種類似高爾夫球表面紋理的、被稱為“莫爾圖案”的納米級“超晶格”結構，其一個個有序排列的陷阱，會在絕對零度以上幾攝氏度的溫度下，捕獲激子。

與過去科學家開發的可捕獲幾個彼此接近的激子的技術相比，新系統有著明顯優勢。除在捕獲能力上要大大超出舊有手段，能同時捕獲數以百計的激子外，新系統還能讓科學家對捕獲陷阱及其中激子進行精確控制，他們只需改變兩種二維材料堆疊的扭曲角度，即可觀察到激子中不同的光學性質。例如，在扭曲角度為0和60度的系統中，激子會顯示出明顯不同的磁矩。

研究人員表示，這種用于對激子進行精確控制的人工量子平臺是一個令人激動的系統，將有助于推動新型量子設備的開發。他們希望未來能夠系統地研究扭曲角微小變化的影響，更好地調節激子陷阱之間的距離，以便科學家能在激子相互作用時探測它們的量子力學特性。