在國家自然科學基金項目（批准號：12174439、11974263、12174291）等資助下，中國科學院物理研究所許楊課題組和武漢大學袁聲軍課題組合作，在二維半導體材料WSe2中發現了一種被莫爾超晶格勢場束縛和調控的里德堡激子態，即里德堡莫爾激子。

該成果以“里德堡莫爾激子的實驗觀測（Observation of Rydberg moiré excitons）”為題，於2023年6月29日在《科學》（Science）雜誌發表。文章鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh1506

展示WSe2/TBG 異質結構中的雷德貝格摩爾激子的想像圖。資料來源：IOP

鄰近0.6° TBG 的WSe2 中形成激子的光譜證據，以及不同摻雜水平下TBG 中空間電荷分佈的數值計算。

扭轉角相關性和與強耦合機制的交叉。

物質的里德堡態可以廣泛存在於原子、分子以及固體等多種物理體系。這些里德堡態的性質類似於氫原子模型中的高激發態，具有空間上的延展性和較大的電偶極矩，即使在極弱的外場下也能產生較強的響應。近年來，冷原子領域的實驗技術進步使人們能夠囚禁和調控里德堡原子。基於里德堡原子體系的量子模擬與量子多體物理的研究蓬勃發展，受到了人們的廣泛關注。然而，在與現代半導體技術更為兼容的固體材料中實現里德堡激子態（電子-空穴對的激發態）的人工操控依舊面臨諸多挑戰。

本工作中，中國科學院物理研究所許楊課題組利用小角度轉角石墨烯提供的周期性莫爾勢場，實現了對近鄰的二維半導體WSe2中里德堡激子的束縛和調控。通過低溫光譜技術，他們進一步證實了里德堡莫爾激子的調控特性。在WSe2/0.6度轉角石墨烯異質結器件中，隨著載流子摻雜濃度的提高，WSe2的里德堡激子態表現為多支能量劈裂，發生顯著的紅移和線寬減小，被稱為里德堡莫爾激子。利用武漢大學袁聲軍課題組開發的實空間大尺度計算物理方法，研究團隊針對里德堡莫爾激子形成的物理機制進行了深入探索。以電子摻雜為例，轉角石墨烯在被摻雜後，超晶格AA堆垛區域電子密度相對於AB/BA區域更高，對WSe2激子中的空穴產生強烈地吸引，造成了激子中電子-空穴的空間分離，因而能夠將里德堡激子束縛在轉角石墨烯超晶格的格點上。在該體系中，轉角石墨烯扮演了類似冷原子體系中光晶格的角色，為里德堡激子的束縛和調控提供了研究平台。

本項工作不僅在二維轉角異質結中發現了里德堡莫爾激子態，而且系統地展示了該激子態的空間束縛、可控調節等特性，為實現基於固態體系中里德堡態在量子科學和技術等方向上的應用提供了可行途徑。