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激子作为未来量子计算机中的量子比特(qubits)引起了人们的注意，并且是光电子学和能量收集过程的核心。然而，这些存在于半导体和其他材料中的电荷中性准粒子是出了名的难以限制和操纵。

现在，研究人员首次创建并直接观察到高度局部的激子，这些激子被限制在原子薄材料的简单堆栈中。这项工作证实了理论预测，并为使用定制材料控制激子开辟了新的途径。

“通过简单地堆叠这些2D材料，你可以在特定的晶格位点上定位激子的想法令人兴奋，因为它具有多种应用，从设计光电器件到量子信息科学材料，”该项目的联合负责人，劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)分子铸造厂的科学家Archana Raja说， 其小组领导了器件制造和光谱表征。

该团队通过堆叠二硫化钨(WS2)和二硒化钨(WSe2).两种材料中原子间距的微小不匹配产生了摩尔纹超晶格，这是一种较大的周期性图案，由两个具有相似但不相同元素间距的较小图案重叠而产生。

使用最先进的电子显微镜工具，研究人员收集了设备上的结构和光谱数据，结合了来自数百次测量的信息，以确定激子的可能位置。

“我们在最先进的显微镜上基本上使用了所有最先进的功能来进行这项实验，”在分子铸造厂国家电子显微镜中心领导成像工作的Peter Ercius说。“我们正在突破我们能做的一切的界限，从制作样本到分析样本再到做理论。

由伯克利实验室资深科学家、加州大学伯克利分校杰出物理学教授史蒂文·路易(Steven Louie)领导的理论计算表明，在堆叠材料中发生了大型原子重建，这些材料调节电子结构以形成周期性的“陷阱”阵列，其中激子被定位。结构变化与激子定位之间的这种直接关系的发现推翻了先前对这些系统的理解，并建立了设计光电材料的新方法。

该团队的研究结果在发表在《科学》杂志上的一篇论文中进行了描述，博士后研究员Sandhya Susarla(现在是亚利桑那州立大学教授)和Mit H. Naik是共同主要作者。接下来，该团队将探索按需调整摩尔纹晶格的方法，并使这种现象对材料无序更具鲁棒性。

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