扭角双层WSe2应变莫尔超晶格材料的应用及制备方法与流程

本发明属于量子发光器件，具体涉及扭角双层wse2应变莫尔超晶格材料的应用及制备方法。

背景技术：

1、转角二维材料中的莫尔超晶格已成为研究强库仑相互作用的高度可调平台。在垂直堆叠的二维材料异质结中，由于晶格失配或扭转角度，可以产生周期性的莫尔条纹，形成莫尔超晶格。莫尔超晶格是一种在二维材料中通过转角或晶格失配构造出的新型结构，这种结构可以有效调控材料的能带结构，并产生平带现象。莫尔超晶格可以诱导材料的电子结构变化和能带转换，从而产生新奇的量子现象，包括量子霍尔效应、超导性、磁性。莫尔超晶格可以形成空间变化的莫尔势阵列，其中的激子可以被捕获形成莫尔激子。莫尔激子将形成空间有序的量子发射体，为量子发射体阵列的研究提供机会。莫尔超晶格的研究已经揭示了多种新奇物态，包括莫特绝缘态、非常规超导、拓扑相变等。这些发现不仅丰富了二维材料物理性质，也为其未来的技术应用提供了可能性。因此，转角二维材料中的莫尔超晶格具有新的应用前景，例如实现人工激子晶体和新型量子发射器。尽管有广阔的应用前景，但莫尔超晶格的研究和应用也面临着挑战，如如何实现更高效的莫尔激子产生和操控、如何提高材料的稳定性和可重复性，以及如何在室温下实现量子效应等问题。尤其是莫尔激子的调控手段主要包括扭转角度、层组分，调控手段比较匮乏，很难实现莫尔激子的单光子化，这对于新型量子器件的研发构成了挑战。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的在于，针对现有技术中的问题，提供一种扭角双层wse2应变莫尔超晶格材料的应用。

2、为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

3、扭角双层wse2应变莫尔超晶格材料的应用，其特征在于：由扭角wse2/wse2/au 纳米柱阵列结构构成，所述扭角wse2/wse2/au 纳米柱阵列结构包括扭角双层wse2层和au纳米柱阵列，扭角双层wse2层为在第一wse2层上堆叠第二wse2层，第二wse2层与第一wse2层之间的扭转角度为2.5°，扭角双层wse2层堆叠在au纳米柱阵列上，调控au纳米柱阵列的au纳米柱之间的间距实现变莫尔超晶格材料对应变的动态调控。

4、在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：

5、作为本发明的优选技术方案：将所述au纳米柱的高度控制在300nm，直径5μm，au纳米柱的间距在15μm，实现莫尔激子的高度局域化，实现莫尔激子的单光子发射。

6、本发明的第二个目的在于，针对现有技术中的问题，提供扭角双层wse2应变莫尔超晶格材料的制备方法。

7、为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

8、扭角双层wse2应变莫尔超晶格材料的制备方法，包括以下步骤：

9、s1，采用化学气相沉积法制备单层wse2：以二氧化硅/硅片为衬底，在双温区管式炉中进行单层wse2的生长；在管式炉的低温区放置se粉末，高温区放置wo3粉末，使用ar/h2混合气做载气，所述载气的流量为60～100sccm；化学气相沉积的高温区反应温度为750～850℃；

10、s2，通过pmma湿法辅助二维转移技术制备扭角双层wse2层；

11、s3，使用激光直写技术在sio2/si基底上制备预定图案的au纳米阵列；

12、s4，应变莫尔超晶格发光器件制备：通过pmma二维转移技术将制备好的扭角wse2/wse2同质结转移到不同金纳米柱阵列上，并控制界面水的蒸发速率，使扭角wse2/wse2薄膜紧密包裹在金纳米柱上产生拉伸应变，构建应变扭角wse2/wse2莫尔超晶格器件。

13、将扭角双层wse2层覆盖在pmma层上，并与au纳米柱阵列对齐，通过压力和温度，使扭角双层wse2层与pmma紧密贴合； 去除多余的扭角双层wse2层和pmma，得到包括au纳米柱阵列、以及包裹在au纳米柱阵列上的扭角双层wse2构成的扭角wse2/wse2/au 纳米柱阵列结构。

14、在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：

15、作为本发明的优选技术方案：步骤s2包括以下步骤：

16、s2.1通过匀胶机将pmma旋涂到生长的wse2薄膜表面，然后置于加热板上，加热使pmma固化；

17、s2.2将pmma/wse2/sio2浸入koh溶液中，通过koh刻蚀使得pmma/wse2从sio2衬底上缓慢脱离；

18、s2.3将pmma/wse2薄膜放入蒸馏水中漂洗，使用二维转移平台将pmma/wse2薄膜与底层wse2堆叠制备扭角双层wse2层。

19、与现有技术相比，本发明的扭角双层wse2应变莫尔超晶格材料的应用及制备方法，通过两片单层wse2堆叠在一起，并通过上层wse2层的微小扭转形成莫尔图案，形成一个所谓的“转角同质结构”，这种结构中的转角可以调制电子态的性质，形成莫尔势阱效应，导致电子能带结构变化，产生新的电子结构；通过扭角双层wse2层堆叠在au纳米柱阵列之上，利用au和wse2的晶格常数不匹配，当wse2被包裹在au纳米阵列上时，在wse2中引入拉伸应变，这种应变显著改变wse2的电子带结构和载流子动力学，再通过调控au纳米柱阵列的au纳米柱之间的间距实现对应变的动态调控，通过这种堆叠进一步调制材料的物理和化学性质，通过应变效应影响电子传输特性，将激子也即电子-空穴对限制在一个小的区域内，使其在该区域内的运动受到限制，实现莫尔激子的高度局域化，为莫尔激子单光子化提供了条件。

20、本发明的扭角双层wse2应变莫尔超晶格材料的应用及制备方法，通过在扭角双层wse2莫尔超晶格材料中引入应变工程，可以有效地将强光-物质相互作用与激子结合起来，构建新型的应变莫尔超晶格材料，实现莫尔激子单光子化，有利于开发出新型的量子光源，在量子器件、量子通讯、新型超导体和量子网络等领域极具应用前景。

技术特征：

1. 扭角双层wse2应变莫尔超晶格材料的应用，其特征在于：扭角双层wse2应变莫尔超晶格材料由扭角wse2/wse2/au 纳米柱阵列结构构成，所述扭角wse2/wse2/au 纳米柱阵列结构包括扭角双层wse2层和au纳米柱阵列，扭角双层wse2层为在第一wse2层上堆叠第二wse2层，第二wse2层与第一wse2层之间的扭转角度为2.5°，扭角双层wse2层堆叠在au纳米柱阵列上，调控au纳米柱阵列的au纳米柱之间的间距实现变莫尔超晶格材料对应变的动态调控。

2.如权利要求1所述的扭角双层wse2应变莫尔超晶格材料的应用，其特征在于：au纳米柱的高度控制在300nm，au纳米柱直径5μm，au纳米柱之间的间距在15μm，实现莫尔激子的高度局域化及单光子发射。

3.扭角双层wse2应变莫尔超晶格材料的制备方法，包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的扭角双层wse2应变莫尔超晶格材料的制备方法，其特征在于：步骤s2包括以下步骤：

技术总结
本发明提供的扭角双层WSe<subgt;2</subgt;应变莫尔超晶格材料的应用及制备方法，扭角双层WSe<subgt;2</subgt;应变莫尔超晶格材料由扭角WSe<subgt;2</subgt;/WSe<subgt;2</subgt;/Au纳米柱阵列结构构成，所述扭角WSe<subgt;2</subgt;/WSe<subgt;2</subgt;/Au纳米柱阵列结构包括扭角双层WSe<subgt;2</subgt;层和Au纳米柱阵列，扭角双层WSe<subgt;2</subgt;层为在第一WSe<subgt;2</subgt;层上堆叠第二WSe<subgt;2</subgt;层，第二WSe<subgt;2</subgt;层与第一WSe<subgt;2</subgt;层之间的扭转角度为2.5°，扭角双层WSe<subgt;2</subgt;层堆叠在Au纳米柱阵列上。本发明通过在扭角双层WSe<subgt;2</subgt;莫尔超晶格材料中引入应变工程，可以有效地将强光‑物质相互作用与激子结合起来，构建新型的应变莫尔超晶格材料，实现莫尔激子单光子化。

技术研发人员：杜鹃,郑海红,张泽宇
受保护的技术使用者：国科大杭州高等研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/6/5