信息来源：中国人民大学化学与生命资源学院公众号 发布日期：2026年7月31日

近日，中国人民大学化学与生命资源学院方红华教授课题组联合清华大学精密仪器系、湖南大学物理与电子科学学院，在国际期刊《ACS Nano》发表题为“Hyperspectral Imaging of Dipole-Ladder-Mediated Exciton Drift in Moiré Superlattices”的研究论文。清华大学黎潇泽与湖南大学徐博一为共同第一作者，中国人民大学方红华教授为通讯作者。团队依托自主搭建的高光谱瞬态光致发光显微成像系统，直接关联 WS₂/WSe₂莫尔超晶格中偶极阶梯的光谱演化与激子空间输运行为，首次揭示：在高激子密度下，激子–激子排斥所形成的势能梯度可驱动激子快速漂移，使体系输运机制从低密度下的扩散受限转变为漂移主导。

一、研究背景：从莫尔局域化到相互作用驱动输运

由两层二维半导体因晶格失配与微小转角构筑的莫尔超晶格，可在纳米尺度实现周期性势场调控。该体系一方面显著压制激子动能、强化激子局域化效应；另一方面极大增强激子间库仑相互作用，为关联玻色态研究提供了高度可调的实验平台。已有研究已观测到莫尔格点中的多激子占据与偶极阶梯光谱特征，但强在位相互作用能否调控激子输运过程，长期缺乏直接的时空分辨实验证据。

二、莫尔超晶格

研究团队制备出 H 型堆叠 WS₂/WSe₂异质双层结构，经角分辨二次谐波表征确认，两层相对 60° 取向的转角约为1.7°±1.2°，对应莫尔周期约6.3 nm、莫尔格点密度约2.9×10¹² cm⁻²。在 83 K、0.1 μW 低功率脉冲激发条件下，层间激子受莫尔势阱强局域化约束，光致发光空间轮廓仅轻微展宽，测得扩散系数为0.012±0.007 cm² s⁻¹，为高密度激子输运研究提供了本征扩散参考基线。

图1 WS₂/WSe₂莫尔超晶格及其特性。

三、偶极阶梯：在位排斥构筑的能量台阶

层间激子具有垂直于层面的永久偶极矩。激子密度低于莫尔格点密度时，不同格点间的偶极作用使发光能量随密度平滑移动；当密度接近或超过格点密度，多个激子开始占据同一莫尔势阱，强在位排斥使能量按U逐级抬升。功率依赖光致发光中依次出现IX₁、IX₂和IX₃峰，对应Eₓ、Eₓ+U和Eₓ+2U，实验提取的相邻阶梯间隔约30 meV。

图2 功率依赖发光中的IX₁–IX₃偶极阶梯及在位相互作用能级。

四、高光谱瞬态成像：空间–能量–时间多维关联表征

传统瞬态光致发光显微成像可记录激子云的空间展宽，但对发射能量积分后难以区分输运变化对应的激子态；单点时间分辨光谱可观测 IX₃→IX₂→IX₁的能级演化，却无法揭示其在实空间的输运路径。

为此，团队自主发展光谱分辨瞬态光致发光显微技术（sr-TPLM），通过同步控制空间扫描、单色仪能量扫描与时间相关单光子计数，重构得到光致发光强度I(x,E,t)数据立方体，实现位置、能量与到达时间的同步解析。该高光谱成像方法不仅可计算总发光轮廓的均方位移，还能对 1.37–1.53 eV 能段分段积分，直接对比不同能量激子的传播行为。结果表明：低能激子呈现显著空间展宽，而高能阶梯态本身未表现出更快的实空间扩散，证实早期输运增强源于偶极阶梯势能转化为定向漂移，而非高能热载流子或电子–空穴等离子体的快速扩散。

图3 sr-TPLM 实现能量–空间–时间同步解析与早期激子漂移增强的定量表征

五、研究意义与应用前景

本工作将偶极阶梯从单纯的光谱学特征，提升为可直接调控激子流的非平衡输运新机制，建立了“局域占据 — 在位排斥 — 势能梯度 — 激子漂移”的完整物理关联。通过精准设计激发密度的空间分布，有望在莫尔超晶格中实现区域选择性激子局域化与快速输运调控，为片上激子路由、关联玻色态动力学研究及新型量子光电器件开发提供关键实验基础。

上述研究得到了国家自然科学基金重点项目、科技部重点研发计划资助。

论文信息：

Li, X.-Z.; Xu, B.; Jiang, Y.; Fang, H.-H.; Sun, H.-B. Hyperspectral Imaging of Dipole-Ladder-Mediated Exciton Drift in Moiré Superlattices. ACS Nano 2026, 20, 18419–18427.