新型超薄纳米材料表现出非凡的性能。例如，如果您在垂直组件中堆叠单个原子级薄的晶体层，就会发生迷人的物理效应。例如，以1.1度魔角扭曲的神奇材料石墨烯双层可能表现出超导性。研究人员还将注意力集中在由所谓的过渡金属二硫化物制成的双层半导体异质结构上，它们通过范德华力弱结合在一起。

AlexanderHögele领导的研究小组研究了这种自然界中不存在的新型异质结构。“材料的组合、层数及其相对方向产生了各种各样的新现象，”这位LMU物理学家说。

“在实验室中，我们可以为电子、光子学或量子技术中的各种应用定制物理现象，这些物理现象具有天然晶体中未知的特性。”然而，正如发表在《自然纳米技术》杂志上的一篇新论文所证明的那样，实验观察到的现象并不总是容易解释。

Högele的团队研究了由范德华力结合在一起的异质双层系统，该系统由二硒化钼(MoSe2)和二硒化钨(WSe2)的半导体单层制成。根据各个层的方向，可能会出现莫尔效应。

当两个不同的原子晶格相互堆叠，或者两个相同的晶格相对于彼此扭曲时，我们在日常生活中熟悉的这些效应也会出现在纳米世界中。纳米案例的不同之处在于它不是光学效应。Högele解释说，在原子级薄的晶体异质结构的量子力学世界中，莫尔干涉会显着影响复合系统的特性，也会影响电子和强束缚电子-空穴对或激子。

“我们的工作表明，异质双层MoSe2-WSe2中完美莫尔图案的幼稚概念不一定成立，特别是对于小角度旋转。因此，必须部分修改迄今为止观察到的现象学解释，“Högele说。没有周期性的波纹图案，而是横向延伸的区域不受波纹干扰。

此外，有些区域具有有趣的量子力学效应，例如一维量子线或准零维量子点，它们可能适用于基于具有单光子发射特性的空间局域化激子的量子通信应用。在后一种情况下，理想的摩尔纹图案可能会转变为具有三角形或六边形拼贴的周期性图案。

原因似乎在于晶格结构的弹性变形取决于层的方向。原子被移出它们的平衡位置，这是以增加单层应变为代价的，但促进了层之间更好的粘附。

结果是异质双层系统中的能量景观可以通过合理设计进行设计和潜在利用。“我们还观察了合成晶体中的集体现象，其中周期性的莫尔图案对电子的运动及其相互作用产生了巨大影响，”Högele说。

具有决定性意义的是对激子(电子-空穴对)的理解，它们是双层晶体异质结构中不同类型原子登记的特征，并且有可能在未来的光电应用中得到利用。这些激子通过光吸收在半导体过渡金属二硫化物中产生，并再次转化为光。

“因此，激子充当半导体晶体中光与物质相互作用的介质，”Högele说。正如目前的论文所示，不同类型的激子的产生取决于平行或反平行排列的异质双层系统的实际结构。“我们想学习如何以确定性方法制造具有定制特性的范德瓦尔斯异质结构，以控制磁性或超导性等相关效应的丰富涌现现象学。”