当某些半导体吸收光时，会形成激子(或由与电子空穴结合的电子组成的粒子对)。二硫化钨(WS2)的二维晶体具有其他材料所没有的独特激子态。然而，这些状态是短暂的，可以非常迅速地从一种状态变为另一种状态。

科学家们已经开发出一种新方法来创建这些单独量子态的单独图像。通过跟踪单个量子态，研究人员表明导致状态混合的耦合机制可能不完全符合当前理论。

科学家们对过渡金属二硫化物感到兴奋，这是一种包括二硫化钨在内的晶体家族，因为尽管它们只有几个原子厚，但它们吸收光的能力非常强。研究人员可以使用这些晶体来构建新的纳米级太阳能电池或电子传感器。使用一种称为时间分辨动量显微镜的新技术，研究人员现在可以更好地追踪不同激子量子态之间的跃迁。这项技术具有广泛的适用性，因此科学家们现在可以将其他下一代材料和设备放在这种动量显微镜下观察它们的工作原理。

在不同条件下，单层过渡金属二硫化物(TMD)(如WS2)可以形成多种光诱导激子态。改变激发光的波长或功率或晶体的温度可以形成或保持不同的激子态。圆偏振光的电场方向围绕光波传播的方向旋转，可以在一组特定的能带中选择性地产生具有给定量子自旋配置的激子。

石溪大学的研究人员开发了一种独特的仪器，可以在不同的超快光激发条件下直接观察这种效应，并解开可能形成的复杂量子态混合物。

发表在PhysicalReviewLetters上的这些新发现表明，在激子中将电子和电子空穴结合在一起的力如何也有助于不同激子态的快速耦合或混合。研究人员证明，这种效应会导致具有不同自旋配置的激子混合，同时在耦合过程中仍然保持能量和动量。

令人惊讶的是，结果表明激子混合速率并不像研究人员先前预测的那样取决于激子能量。这项研究为TMD中激子耦合的一些当前理论提供了重要的实验支持，但也揭示了重要的差异。了解这些激子态之间的相互作用是朝着利用TMD的纳米技术和量子传感潜力迈出的关键一步。

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