一项关于扭曲二维半导体的研究揭示了细微的材料无序如何在不同空间尺度上出现。

两种不同形式的隐藏无序可能影响超薄半导体的发光。一种无序延伸至材料中相对较大的区域，另一种则集中在微小缺陷周围。新的理论方法通过分析发光变化来识别这些模式，而不是尝试分离单个光谱信号。

该框架由日本国立材料科学研究所（NIMS）材料纳米架构研究中心（MANA）的Katsunori Wakabayashi开发，可为研究先进光学与量子器件所用材料中的缺陷提供更可靠的方法。

扭曲半导体层的光谱指认困难

该研究考察莫尔异质结构。当两层极薄半导体以轻微旋转失配堆叠时，会形成这种结构。在二硒化钼与二硒化钨（MoSe2/WSe2）等材料中，这种排列形成周期性莫尔图案，改变复合层与光的相互作用及发光方式。

这些结构产生复杂的光致发光谱，包含大量重叠的发射峰。科学家通常通过识别单个峰并确定其物理来源来研究此类光谱。然而，莫尔异质结构中的密集重叠信号使这种指认困难且可能不确定。

利用发光映射隐藏的材料无序

Wakabayashi开发了一个数学框架，用于考察更简单的光谱属性（包括峰能量和平均发射能量）在材料表面如何变化。将该方法应用于此前报道的MoSe2/WSe2异质结构光谱相关性后，结果表明不同光学特征响应不同尺度的结构无序。

分析识别出这种隐藏无序的两种可能成分。第一种是平滑变化的背景，延伸范围约为数微米（约0.0001英寸）。第二种则局域化程度高得多，可能源于小缺陷或激子被俘获的位置。激子是电子与带正电空穴的束缚对，可将能量以光的形式释放。

通过将光谱测量中的空间变化与理论预测进行比较，该框架无需为每个发射峰指认来源，即可推断潜在无序。该方法最终可帮助研究人员评估材料质量，并提高半导体制造的一致性。

Wakabayashi表示：“这项工作可帮助研究人员为发光器件、光学传感器和量子技术制备更好且更可复现的材料。”

Katsunori Wakabayashi. Hierarchical disorder in moiré exciton photoluminescence probed by spectral-descriptor correlations. Physical Review Research, 7 August 2026. DOI: 10.1103/jt25-c8fp