Исследование скрученных двумерных полупроводников показало, как незаметные нарушения структуры материала могут проявляться на разных пространственных масштабах. Выделены два типа скрытого беспорядка, влияющих на излучение света ультратонкими полупроводниками. Один из них распространяется на сравнительно большие участки материала, а другой сосредоточен вблизи мельчайших дефектов. Новый теоретический метод позволяет выявлять такие закономерности через анализ изменений светового излучения, а не через попытки разделить отдельные спектральные сигналы.
Разработкой метода занимался Кацунори Вакабаяси из Исследовательского центра наноархитектоники материалов (MANA), входящего в Национальный институт материаловедения (NIMS). Предложенный подход может стать более надёжным способом изучения несовершенств в материалах, применяемых в передовых оптических и квантовых устройствах. Работа посвящена мoire-гетероструктурам (структурам с периодическим узором), которые образуются при наложении двух предельно тонких полупроводниковых слоёв с небольшим взаимным поворотом.
В материалах вроде диселенида молибдена и диселенида вольфрама (MoSe2/WSe2) такая укладка создаёт повторяющийся moire-узор, меняющий взаимодействие слоёв со светом и его испускание. Эти структуры дают сложные спектры фотолюминесценции с множеством накладывающихся друг на друга пиков излучения. Учёные обычно изучают такие спектры, определяя отдельные пики и их физическое происхождение, однако плотные перекрывающиеся сигналы в moire-гетероструктурах затрудняют эту задачу и делают выводы потенциально ненадёжными.
Вакабаяси создал математическую модель, которая отслеживает, как более простые спектральные характеристики — энергия пика и средняя энергия излучения — меняются по поверхности материала. Применив метод к ранее опубликованным спектральным корреляциям в гетероструктуре MoSe2/WSe2, он предположил, что разные оптические особенности откликаются на разные масштабы структурного беспорядка. Анализ выявил две возможные составляющие скрытого беспорядка: плавно меняющийся «фон», протяжённый на расстояния в несколько микрометров (примерно 0,0001 дюйма), и гораздо более локальную компоненту, которая может возникать из-за мелких дефектов или мест захвата экситонов — связанных пар электронов и положительно заряженных дырок, способных высвобождать энергию в виде света.
Сопоставление пространственных изменений спектральных измерений с теоретическими предсказаниями позволяет вывести лежащий в основе беспорядок без привязки происхождения к каждому пику излучения. Такой подход в перспективе поможет исследователям оценивать качество материалов и повышать стабильность производства полупроводников. «Эта работа может помочь учёным создавать более качественные и воспроизводимые материалы для светоизлучающих устройств, оптических сенсоров и квантовых технологий», — отмечает Вакабаяси. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Research 7 августа 2026 года (DOI: 10.1103/jt25-c8fp), сообщает SciTechDaily.