下一代半导体存在两种隐性无序构型

一项针对扭转二维半导体的研究揭示，细微的材料无序结构会在不同空间尺度上显现。两类不同的隐性无序结构，可能会影响超薄半导体的发光特性。其中一类分布在材料相对较大的区域，另一类则集中在微小缺陷附近。一种全新理论方法，可以通过分析发光变化识别这些结构特征，而无需分离各个独立光谱信号。

该理论框架由日本国立材料研究所（NIMS）下属的纳米材料构造研究中心（MANA）的Katsunori Wakabayashi提出，有望为研究先进光学器件与量子器件所用材料的缺陷，提供更可靠的手段。

在扭转 MoSe₂/WSe₂莫尔异质结中，激子会同时受到平缓无序结构与局域类陷阱位点的影响，使得光致发光特性随位置发生变化。该示意图展示了如何利用复杂发光信号的空间分布特征，推断出隐藏的层级无序形貌，无需单独解析各个光谱峰。

扭转半导体层分析难点

这项研究针对莫尔异质结。当两层极薄的半导体堆叠在一起、存在微小旋转夹角时，就会形成莫尔异质结。在二硒化钼和二硒化钨（MoSe₂/WSe₂）这类材料中，该堆叠结构会形成周期性莫尔条纹，改变叠层材料与光的相互作用以及发光方式。

这类结构会生成复杂的光致发光光谱，包含大量相互重叠的发光峰。科研人员通常会识别单独的发光峰，并确定其物理来源，以此研究光谱。但莫尔异质结的信号密集且互相重叠，很难完成上述归属判定，结论也容易存在不确定性。

借助光测绘隐藏的材料无序结构

Wakabayashi搭建了一套数学框架，用于分析简单光谱参数（如峰值能量、平均发光能量）在材料表面的变化。将该方法应用于过往已发表的MoSe₂/WSe₂异质结光谱相关性数据后发现：不同光学特征，对应不同空间尺度的结构无序。

该分析识别出这种隐性无序的两种构成。第一种是平缓变化的 “背景无序”，分布范围可达数微米（约0.0001英寸）。第二种的局域性更强，可能来自微小缺陷或是激子俘获位点。激子是电子与带正电空穴形成的束缚对，可以释放能量并发光。

该框架将光谱测量的空间变化与理论预测对比，能够推断底层无序特征，而不需要为每一个发光峰确定来源。该方法未来有望帮助科研人员评估材料品质，提升半导体制造的一致性。

Wakabayashi表示：“这项研究有助于科研人员制备性能更优、重复性更好的材料，用于发光器件、光学传感器以及量子技术领域。”