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二硒化钨（顶部）和二硫化钼（底部）的扭曲层的艺术示意图。在利用光激发之后，在层之间形成大量光学“暗”激子，这些“暗”激子是由库仑相互作用而束缚的电子-空穴对（图中由场线连接的明暗球体），不能直接用可见光观察到。最有趣的准粒子之一是显示在图像的中间“莫尔层间激子”，其中空穴分布在一层，而电子分布在另一层。这项研究进展利用飞秒光发射动量显微镜和量子力学理论研究了这些激子在飞秒时间尺度上的形成和莫尔电位的影响（通过层中的波峰和波谷进行解释），图片来源：Brad Baxley.
由哥廷根大学领导的一个国际研究小组首次观察到一种物理现象的形成，该现象在二维材料中将光能转化为电能方面发挥了作用。科学家们成功地观察到了被称为暗莫尔层间激子的准粒子，并利用量子力学的理论解释了它们的形成。哥廷根大学的研究人员介绍了新开发的一种飞秒光发射动量显微镜，并且展示了这种实验技术在微观层面上可以提供深刻的物理见解，这将与未来技术的发展密切相关。这项研究成果已经发表在《Nature》期刊上。
由二维半导体材料制成的原子薄层结构有望成为未来电子、光电子和光伏器件的候选材料。更加有趣的是，这些半导体的特性可以通过一种不同寻常的方式进行调控：就像乐高积木一样，原子薄层可以堆叠在一起。然而，还有另一个重要的技巧：虽然乐高积木只能直接堆叠或者以90度角扭曲堆叠在顶部，但是半导体结构中的旋转角度是可以变化的，正是这种可变的旋转角度使得新型太阳能电池的生产变得非常有趣。然而，虽然改变这个角度可以实现新技术的突破，但是这也在实验上带来了很大的挑战。
事实上，通常的实验方法只能间接提取莫尔层间激子的信息，因此，这些激子通常被称为“暗”激子。哥廷根大学物理系的基础研究团队负责人 Marcel Reutzel 博士解释说：“我们在飞秒光发射动量显微镜的帮助下，利用一些技术可以直接看见这些暗激子，这使得我们能够测量激子是如何在飞秒时间尺度上形成的，我们可以利用德国马尔堡 Ermin Malic 教授的研究团队开发的量子力学理论来解释这些激子形成的动力学。”
哥廷根大学物理系的研究负责人Stefan Mathias 教授说：“这些研究结果不仅让我们对暗莫尔层间激子的形成有了基本的了解，而且还为科学家研究新的非常吸引人的材料的光电特性开辟了一个全新的视角，因为我们首次检测到了在激子上的莫尔电位的特征，也就是两个扭曲半导体层的共同作用产生的影响，因此这项实验可以说是具有开创性的。对于未来的计划，我们将进一步研究这种特定的效应，以至于对所合成材料的特性获取更多的认识。”
消息来源：https://phys.org/news/2022-08-blocks-future-photovoltaics.html
