北京
范德瓦尔斯二维材料中，层间耦合和莫尔势对激子的能量、空间分布及相互作用具有重要影响。如何对这些关键参数进行原位、连续调控，仍是探索新奇量子物态和实现优异光电性能的重要挑战。针对这一难题，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心许杨研究员与宋静副研究员开展了长期深度合作，发展了集成金刚石对顶砧高压技术、双栅器件电学调控和低温光谱原位测量于一体的实验方法。前期，研究团队利用该实验方法，在三层WSe₂双栅器件中通过施加最高6.6 GPa的静水压，系统揭示了层内激子与间隔层（every-other-layer）层间激子之间随压强增强的杂化机制[]，证明静水压是连续、有效调控层间耦合及激子物性的独特手段。
近期，研究团队进一步利用该实验方法，在静水压调控莫尔激子方面取得新进展。在H型堆垛WSe₂/WS₂莫尔超晶格中，莫尔激子受库仑相互作用束缚的同时，其电子和空穴分别受到不同莫尔势的调制，因而展现出丰富的空间结构。然而，实现对激子库仑相互作用与莫尔势之间的竞争和协同关系的原位、动态调控，仍是该领域面临的核心挑战。为此，研究团队与香港中文大学胡晨团队开展合作，结合光谱学与理论计算，证明静水压可以作为连续调节莫尔势的调控手段，从而实现对莫尔激子波函数的动态调控。随着压强升高，体系在约3 GPa以上进入强莫尔势区间，并出现一种常压下难以获得的高能莫尔激子态。结合大尺度第一性原理计算和Bethe-Salpeter方程计算，团队确认该新激子态来源于瓦尼尔-里德堡（Wannier-Rydberg）3d激子与电荷转移（charge-transfer）激子的杂化，因而同时具有环状轨道特征和电子-空穴空间分离特征。研究还发现，高压下莫尔超胞内的电子-层间激子相互作用及层间激子-激子排斥作用均显著增强，进一步印证了莫尔束缚势的强化。这项研究将压力调控拓展至激子轨道特征与空间构型的协同设计，为探索强相互作用激子体系、构筑可调谐莫尔光学平台提供了新的思路。
图：静水压诱导WSe₂/WS₂莫尔超晶格中新型杂化莫尔激子。a, 集成双栅调控的金刚石对顶砧（DAC）器件示意图；b, 强莫尔势条件下瓦尼尔-里德堡激子与电荷转移激子杂化形成新型莫尔激子的示意图；c, 莫尔超晶格中电子和空穴所感受到的不同莫尔势；d, 不同静水压下栅压调控的反射光谱；e，莫尔激子能量随压强的变化；f，同一莫尔超晶胞内激子之间的排斥能随压强的变化。
相关成果以“Observation of Wannier-Rydberg and charge-transfer hybrid moiré excitons under pressure”为题，于2026年10月6日发表于《Physical Review X》。物理所宋静副研究员、香港中文大学王一凡博士、物理所赵绚博士和宋宇轩博士为共同第一作者，物理所许杨研究员与香港中文大学胡晨教授为共同通讯作者。文章合作者还包括中国科学院微电子研究所刘颂研究员。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、合肥国家实验室、北京市自然科学基金等支持。
编辑：云序
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