基于量子力学的未来技术可以彻底改变信息技术。但是为了实现明天的设备，今天的物理学家必须开发精确可靠的平台来捕获和操纵量子力学粒子。

在《自然》杂志上发表的一篇论文中，来自华盛顿大学、香港大学、橡树岭国家实验室和田纳西大学的一组物理学家报告说，他们开发了一种新的系统来捕获单个激子。这些是束缚的电子束及其相关的正电荷，称为空穴，当半导体吸收光时会产生空穴。激子是发展新量子技术的一个有前途的候选者，它可以彻底改变计算和通信领域。

该集团由波音公司物理与材料科学与工程特聘教授肖领衔，拥有钼二硒化物和钨硒化物两种单层二维半导体，原子在同一平面内呈蜂窝状排列。当研究人员将这些2D材料放在一起时，两层之间的小扭曲产生了一种叫做莫尔图案的“超晶格”结构——从上面看时是一种周期性的几何图案。

研究人员发现，在绝对零度以上几度的温度下，这种云纹图案会产生纳米级的纹理景观，类似于高尔夫球表面的凹坑，可以将激子捕获到蛋盒中的鸡蛋状态。他们的系统可以构成一个新的实验平台的基础，用于精确监测激子，并可能开发新的量子技术，徐说，他也是清洁能源研究所和威斯康星大学分子工程与科学研究所的教师研究员。

激子是通信和计算机技术令人兴奋的候选者，因为它们与单个光子包-光或量子-相互作用来改变激子和光子的特性。半导体吸收光子时会产生激子。激子也可以在以后转化为光子。但是当激子第一次产生时，它可以从单个光子继承一些特定的性质，比如自旋。

然后，研究人员可以操纵这些属性，例如用磁场改变旋转方向。当激子再次变成光子时，光子保留了半导体中激子的性质在短寿命内如何变化的信息——通常，这些激子约为100纳秒。

为了在任何技术应用中利用单个激子的“信息记录”特性，研究人员需要一个系统来捕获单个激子。云纹图案符合这一要求。没有它，被认为直径小于2纳米的微小激子可能会扩散到样本中的任何地方，从而无法跟踪单个激子及其拥有的信息。

虽然科学家们之前已经开发出了复杂而灵敏的方法来捕获几个相互靠近的激子，但由UW领导的团队开发的莫尔图案基本上是一个自然形成的二维阵列，它可以捕获数百个激子，如果不是更多的话，每个激子都是一个量子点。

该系统的独特和突破性特征是这些陷阱的特征，激子可以通过扭曲来控制。当研究人员改变两种不同2D半导体之间的旋转角度时，他们观察到激子的不同光学特性。例如，扭转角为零和60度的样品中的激子显示出显著不同的磁矩和不同的偏振光发射螺旋。在检查了几个样本后，研究人员能够将这些扭曲角的变化识别为莫尔图案中捕获的激子的“指纹”。

未来，研究人员希望系统地研究小扭转角的影响，它可以精细地调节激子陷阱-蛋盒坑之间的间距。科学家可以将云纹图案的波长设置得足够大，以隔离检测激子，或者设置得足够小，以使激子靠近并相互“交谈”。徐说，这一先进的精密水平可以使科学家探索激子相互作用的量子力学性质，从而推动开拓性技术的发展。

“原则上，这些莫尔势可以用作均匀量子点的阵列，”徐说。“这个人工量子平台是一个非常令人兴奋的精确控制激子的系统——具有工程相互作用效应和可能的拓扑特征，这可能会导致基于新物理的新器件。”

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