Mosaïque spectrale à deux couches express

‹›

La luminescence d'un « sandwich » ultramince composé de deux couches semi-conductrices – du séléniure de molybdène et du séléniure de tungstène – ressemble à une partition complexe : de nombreuses fines raies colorées se fondent dans un arrière-plan commun. Démêler l'origine de chaque raie est presque impossible.

Les auteurs de l'étude n'ont pas cherché à analyser les raies une par une. Ils ont cartographié la luminescence avec un pas de 400 nanomètres – soit des centaines de fois plus fin qu'un cheveu humain. Il s'avère que toute la diversité des raies se regroupe en trois grandes familles, chacune occupant sa propre zone de l'échantillon, comme une courtepointe en patchwork. La taille de ces zones varie de 1,27 à 2,05 micromètres, tandis que la tache de lumière utilisée pour éclairer l'échantillon ne mesure que 0,85 micromètre. Autrement dit, chaque « pièce » est plus grande que le faisceau qui l'éclaire.

Les scientifiques ont mesuré sept caractéristiques de la luminescence : la position de la raie principale, sa largeur, son asymétrie, sa « rugosité », et d'autres. Il s'avère que le motif à grande échelle – la disposition des pièces – et la complexité fine à l'intérieur sont liés, mais peuvent être étudiés séparément. Cet ordre à deux niveaux est qualifié par les auteurs d'hétérogénéité hiérarchique : d'abord de grandes régions, puis une structure fine à l'intérieur.

Ce résultat aide à comprendre la structure des super-réseaux de moiré, ces matériaux dans lesquels deux couches sont légèrement désorientées l'une par rapport à l'autre, créant un nouveau motif périodique, comme lorsqu'on superpose deux peignes avec des pas de dents légèrement différents. La luminescence de ces matériaux est importante pour les futures sources de lumière ultraminces et les dispositifs quantiques, où il faut contrôler précisément chaque photon.