在半导体微缩技术面临物理极限之时，如何在不施加外部电压的条件下精准调控量子电子行为，已成为下一代元件设计的核心概念。台湾大学物理系特聘教授邱雅萍团队与产学研跨机构合作研究发现，通过半金属铋（Bismuth）纳米薄膜与二维半导体薄膜（MoS2）的界面接触工程设计，结合莫尔位能（Moiré potential）与铋纳米薄膜的量子局限效应，可在无需外加电压的条件下，于水平和垂直两个方向精准调控量子电子的空间排列与局限行为，相关成果已发表于《自然通讯》（Nature Communications）期刊。

这项研究最具未来潜力的实用之处在于，所设计的材料系统无需外加电压，即可诱发电子的空间局域效应。这一特性对发展“电荷量子位”与“超低功耗元件”具有材料基础意义，有望为下一代量子计算与节能半导体芯片提供新的设计方向。

研究所用的异质结构由两层以小角度堆叠的二维半导体薄膜（二硫化钼MoS₂）以及铋（Bismuth，Bi）半金属纳米薄膜共同构成，运用原子级扫描隧道显微术，直接观察该异质结构中的电子行为。

该研究的核心设计利用两种方向的物理机制调控电子行为：水平方向上，小角度双层堆叠产生的“莫尔势能（Moiré potential）”将电子限制在特定位置；垂直方向上，铋薄膜厚度对应的量子效应改变了电子的有效质量。两种机制协同作用，使电子在空间中呈现出特定的排列构型，形成了所谓的“双向量子调控”。

研究发现，改变铋薄膜厚度可调节电子的有效质量，进而影响电子间库仑排斥、莫尔势能与动能之间的相对关系。当薄膜较薄时，电子有效质量较小，倾向于靠近聚集，形成类似分子（Molecular-like）键合的“三聚体（Trimer）”构型；当薄膜变厚，电子有效质量增加，排斥作用相对增强，电子彼此推开，排列成具有周期性的“类笼目（Kagome-like）”构型。这种仅通过薄膜厚度即可切换电子排列构型的能力，展现了半金属界面工程在量子材料调控上的独特优势。

该研究是产学研跨机构、跨领域合作的成果。台湾大学物理系特聘教授邱雅萍团队负责核心原子级实验测量与分析；中研院原子与分子科学研究所所长/特聘研究员魏金明及台湾大学重点科技研究学院教授周至品团队为理论计算提供了重要支持；台积电研发团队提供了高品质半导体样品。