基于量子力学原理的未来技术可以彻底改变信息技术。但要实现明天的设备，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物理学家团队报告称，他们开发了一种新系统来捕获个体 激子。这些是束缚电子束及其相关的正电荷，称为空穴，可在半导体吸收光时产生。激子是开发新的量子技术的有希望的候选者，这些技术可以彻底改变计算和通信领域。

该小组由领导 晓东许，物理学和材料科学与工程的UW的波音特聘教授，有两个单层二维半导体，曾 二硒化钼 和 钨硒，它具有原子类似蜂巢状排列在同一平面。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称为莫尔图案的“超晶格”结构 - 从上方观察时的周期性几何图案。

研究人员发现，在绝对零度以上几度的温度下，这种莫尔图案创造了一个纳米级的纹理景观，类似于高尔夫球表面的凹坑，可以将激子陷入鸡蛋盒中的鸡蛋状态。 。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，他也是威斯康星大学清洁能源研究所 和 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的令人兴奋的候选者，因为它们与光子 - 光的单个包或量子 - 相互作用，以 改变激子和光子特性的方式。当半导体吸收光子时，可以产生激子。激子也可以在以后变换成光子。但是当激子首次产生时，它可以从单个光子继承一些特定的属性，例如自旋。

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。当激子再次成为光子时，光子保留了半导体中激子性质如何在短寿命内发生变化的信息 - 通常，这些激子约为100纳秒。

为了在任何技术应用中利用个体激子的“信息记录”特性，研究人员需要一个系统来捕获单个激子。莫尔图案达到了这一要求。没有它，被认为直径小于2纳米的微小激子可能在样品中的任何地方扩散 - 使得无法跟踪个体激子及其拥有的信息。

虽然科学家之前已经开发出复杂而敏感的方法来捕获几个彼此接近的激子，但是由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，可以捕获数百个激子，如果不是更多，每个激子都作为一个 量子点，第一量子物理学。

该系统的独特且突破性的特征是这些陷阱的特性以及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，他们观察到激子中不同的光学性质。例如，扭转角为零和60度的样品中的激子显示出明显不同的磁矩，以及不同的偏振光发射的螺旋。在检查了多个样本后，研究人员能够将这些扭转角度变化识别为被捕获在莫尔图案中的激子的“指纹”。

在未来，研究人员希望系统地研究小扭转角度变化的影响，这可以精细调整激子陷阱之间的间距 - 鸡蛋盒凹坑。科学家们可以将莫尔图案波长设置得足够大，以便孤立地探测激子或者足够小以使激子紧密地放在一起并且可以彼此“交谈”。Xu表示，这种先进的精度水平可以让科学家探测激子相互作用时的量子力学性质，从而促进开创性技术的发展。

“原则上，这些莫尔电位可以作为均匀量子点的阵列，”徐说。“这种人工量子平台是一个非常令人激动的系统，用于对激子进行精确控制 - 具有工程交互效应和可能的 拓扑 特性，这可能导致基于新物理的新型设备。”