【论文分享】Science 重磅发表：高光谱电子显微首次在实空间成像莫尔激子晶格

高光谱“看见”激子

在高光谱成像技术中，“同时获取空间信息与完整能谱信息”始终是核心优势。然而，在纳米物理领域，激子这类低能光学准粒子由于信号极弱、空间分布高度局域，长期难以在实空间中被直接成像。近期，一项发表于 DOI: 10.1126/science.add9294的研究，首次将低温单色化 STEM-EELS 高光谱成像技术引入莫尔超晶格体系，实现了对莫尔激子的亚纳米级实空间可视化。

研究对象为近零扭转角的 WS₂/WSe₂ 单层异质结，样品采用 hBN 封装并在 100 K 条件下测试。实验中，研究人员同步获取 ADF-STEM 结构像与低损失 EELS 数据，在二维扫描的每一个像素点上采集完整能谱，构建出真正意义上的三维高光谱数据立方（空间 × 空间 × 能量）。借助单色化电子束（~100 meV 能量分辨率）与直接电子探测器，激子相关的微弱信号得以被可靠捕获。

高光谱 EELS 数据清晰分辨出 WS₂ 与 WSe₂ 单层激子峰，同时在异质结中观察到由莫尔势场诱导的激子能级精细分裂。进一步将光学反射谱与 EELS 高光谱结果对比，作者证实：低损失 EELS 在激子能区的响应与光学吸收高度一致，使其成为一种“纳米尺度光学高光谱成像手段”。

更关键的突破来自空间—能谱耦合分析。研究团队选取莫尔激子主峰对应的能量窗口（约 1.61–1.71 eV），对整幅高光谱数据进行能段积分，并结合莫尔单胞平均与滑动窗口分析，成功绘制出激子强度在莫尔单胞内的空间分布图。结果显示，激子信号在 AA 堆垛区域显著增强，并在约 2 nm 范围内强烈局域，所有 AA 区域在整个样品中形成规则的三角晶格。

这一结果首次在实空间中直接证明：原子级结构重构产生的莫尔势场，能够将激子束缚成周期排列的激子晶格。理论 GW-BSE 计算得到的激子振子强度分布，与实验高光谱成像结果在空间尺度与形貌上高度一致。

该研究不仅揭示了莫尔激子局域化的物理本质，更展示了STEM-EELS 高光谱成像在低能激发研究中的巨大潜力。当高光谱成像的空间分辨率推进至亚纳米尺度，它不再只是“测能级”的工具，而成为“看见并设计准粒子”的关键手段。