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与传统块状材料相比，二维半导体没有悬空键、易于空间分离电子和空穴以及在原子层厚度上优越的迁移率，这些特点非常有利于提供长寿命的光生载流子。长寿命的光生电子和空穴对于光电子学、光伏学、光催化、传感器和生物医学等领域的广泛应用至关重要。长寿命的层间激子具有巨大的潜力，为实际探索玻色-爱因斯坦凝聚、温度超流体和光诱导激子自旋霍尔效应等新的物理现象铺平了道路。因此，深入了解和调控二维异质结层间激子在二维半导体器件的各种应用中具有至关重要的作用。
Fig. 1 | Analysis of interlayer exciton formationprocess.
受特定角度堆叠两层石墨烯可呈现超导体或绝缘体等意想不到特性的启发，层间扭转赋予了灵活设计电子结构和层间激子的新自由度。迄今为止，人工扭转的二维半导体异质结构主要集中在过渡金属二硫化物(TMDs)上，它可以通过两个步骤间接形成层间激子。但两步法诱导的层间激子的形成动力学及其调控极为复杂，因此，为了层间激子在特定器件上的实际应用，仍有必要增加对层间激子形成和调控的认识。
Fig. 2 | Band structures and photoabsorption ofInSe/Sb heterostructures with different interlayer twist angles.
南京邮电大学牛相宏，河南大学王冰和扬州大学张秀云团队，基于第一性原理和非绝热分子动力（NAMD）模拟，系统地研究了层间激子的形成和调控。
Fig. 3 | Charge density difference of InSe/Sbheterostructures with different interlayer twist angles
他们发现在二维InSe/Sb异质结构中，层间光激发可直接形成层间激子。Sb和InSe子层界面原子分别在Γ点贡献了异质结构的价带顶和导带低，由于层间耦合强和空间距离短，形成了层间Γ-Γ过渡通道。层间扭转可以显著调节层间激子的光响应范围和寿命。通过在 0°-60° 范围内均匀取7个扭转角，层间扭转可直接影响层间相互作用并改变带边的电子结构。进而可以大规模地调节层间激子的寿命和峰值位置。
Fig. 4 | The nonradiative recombination lifetime inInSe/Sb heterojunctions with different twist angles.
The interlayer twist effectively regulates interlayer excitons in InSe/Sb van der Waals heterostructure
Anqi Shi, Ruilin Guan, Jin Lv, Zifan Niu, Wenxia Zhang, Shiyan Wang, Xiuyun Zhang*, Bing Wang* & Xianghong Niu*
The interlayer twist angle endows a new degree of freedom to manipulate the spatially separated interlayer excitons in van der Waals (vdWs) heterostructures. Herein, we find that the band-edge Γ-Γ interlayer excitation directly forms interlayer exciton in InSe/Sb heterostructure, different from that of transition metal dichalcogenides (TMDs) heterostructures in two-step processes by intralayer excitation and transfer. By tuning the interlayer coupling and breathing vibrational modes associated with the Γ-Γ photoexcitation, the interlayer twist can significantly adjust the excitation peak position and lifetime of recombination. The interlayer excitation peak in InSe/Sb heterostructure can shift ~400 meV, and the interlayer exciton lifetime varies in hundreds of nanoseconds as a periodic function of the twist angle (0°-60°). This work enriches the understanding of interlayer exciton formation and facilitates the artificial excitonic engineering of vdWs heterostructures.