电子-空穴双层中的“准粒子对”凝聚态

本文报道了在MoSe₂/hBN/WSe₂电子-空穴双层异质结中实现双组分激子玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）的关键实验证据。激子是由电子和空穴通过库仑力束缚形成的准粒子，在特定条件下可像超流体一样集体行为——即发生BEC。传统原子气体BEC需极低温（纳开尔文量级），而固态激子BEC有望在更高温度下实现，且具备电场调控、强相互作用和多组分自旋自由度等优势，但此前始终缺乏热力学平衡态下的确凿证据。本研究利用稀释制冷机结合磁光谱技术，探测构成激子的电子与空穴各自的‘自旋-谷’响应（即不同能谷与自旋方向的组合），发现该体系存在四种‘自旋-谷’风味的平衡激子流体。实验观察到三种不同的激子凝聚相，其区别在于风味极化程度不同：零磁场下，基态是两种同能谷激子风味的相干叠加；施加弱磁场时，系统经历一级量子相变，转变为两种异能谷激子组成的双组分凝聚态；磁场进一步增强后，则完全极化为单一风味的单组分凝聚态。所有凝聚信号在电子密度与温度构成的相图中呈现一个‘穹顶状’区域，最高稳定温度约为1.8开尔文。这一成果证实范德华堆叠的电子-空穴双层结构是研究强关联、多组分激子BEC的理想平台——它不仅验证了理论预言，也为设计基于激子的新一代低功耗电子与量子器件铺平了道路。