研究人员发现了钨二硫化物半导体的激子具有新的特性，通过一种新技术能够追踪不同的量子状态。这些发现对当前的理论提出了质疑，并有望推动纳米技术和量子感应的进步。

当某些半导体吸收光线时，可能会形成电子与空穴相结合的激子（或粒子对）。钨二硫化物（WS2）的二维晶体具有独特的激子状态，这种状态在其他材料中是找不到的。然而，这些状态的存在时间很短，而且很容易从一个状态转换到另一个状态。科学家已经开发出一种新的方法来创建这些单个量子状态的分立图像。通过跟踪这些单个量子状态，研究人员揭示了导致状态混合的耦合机制可能与当前理论不完全相符。

科学家们对过渡金属二硫化物家族晶体感到激动不已，这包括了钨二硫化物，因为它们尽管只有几个原子厚，却能非常强烈地吸收光线。研究人员可以利用这些晶体来建造新型纳米级太阳能电池和电子传感器。通过一种新的技术称为时间分辨动量显微镜，研究人员现在可以更好地跟踪不同激子量子态之间的转变。这种技术具有广泛的适用性，因此科学家现在可以将其他下一代材料和器件置于这种动量显微镜下，以了解它们的工作方式。

单层过渡金属二硫化物（TMDs）如WS2在不同条件下可以形成多种光致激子态。改变激发光波长或功率，或晶体温度，可以形成或保留不同的激子态。循环偏振光，电场方向沿着光波传播方向旋转的光，可以有选择性地在一组特定能带内产生一定量子自旋构型的激子。石溪大学的研究人员开发了一种独特的仪器，可以在不同的超快激发条件下直接可视化这种效应，并解开可能形成的复杂量子态混合。

这些新的发现展示了激子中电子和空穴之间的结合力量，也对不同激子状态的快速耦合或混合做出了贡献。研究者证明了这种效应导致了不同自旋配置的激子混合，同时在耦合过程中保持了能量和动量的守恒。令人惊讶的是，结果表明激子混合速率并不取决于激子能量，这与之前的预测不符。这项研究为TMDs中激子耦合的某些当前理论提供了关键的实验支持，同时也揭示了重要的差异。理解这些激子状态之间的相互作用，是将TMDs应用于纳米技术和量子传感器的潜力的关键一步。