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研究快讯 | 扭角双层GaTe中的光学可调控的摩尔激子
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Editors' Suggestion
Optical Tunable Moiré Excitons in Twisted Hexagonal GaTe Bilayers
Jinsen Han (韩锦森), Kang Lai (赖康), Xiaoxiang Yu (余晓翔), Jiahao Chen (陈家浩), Hongli Guo (郭宏礼), and Jiayu Dai (戴佳钰)
Chin. Phys. Lett. 2023, 40 (6): 067801
DOI: 10.1088/0256-307X/40/6/067801
文章亮点
在扭角双层碲化镓材料中发现了具有较强光信号的长寿命束缚态Wannier激子，突破了在扭角过渡金属硫化物中需要引入外场的限制，为下一代激子器件的研究和调控提供了理论参考。
图：摩尔激子在 (a) R型堆垛和 (b) H型堆垛结构中谐振强度的二维分布。
扭角双层GaTe中的光学可调控的摩尔激子
研究背景
摩尔晶格具有长程周期性势场和较小的屏蔽库仑势，其中的激子性质也尤为特别，例如摩尔晶格中出现的层间激子、拓扑相变、高温玻色-爱因斯坦凝聚以及谷激子等。然而，在扭角过渡金属硫族化合物中，层间激子分布导致摩尔激子通常为暗态。与亮激子和光之间很强的相互作用不同的是，暗激子通常都有极小的谐振强度和微乎其微的光学信号，这些特点大大削弱了暗激子的应用价值。因此，寻找一种层间杂化的摩尔激子来同时实现亮激子态和长寿命，对丰富摩尔光电材料和实现摩尔激子的应用具有重要意义。
内容简介
最近，国防科技大学戴佳钰教授课题组和加州州立大学郭宏礼博士合作，基于第一原理多体微扰理论和Bethe-Salpeter方程，成功提出并揭示了二维扭角结构中的光学可调控摩尔激子产生的物理机理，实现无需外电场调控的长寿命亮激子。该工作通过调节不同的堆垛结构，实现了层间激子和层内激子的杂化，从而产生了长寿命的亮激子态。在R和H型堆垛摩尔超晶格中，激子都受到了超过200 meV的横向量子势能束缚，诱导出现了两种新物理现象：(1) 在R型堆垛摩尔超晶胞中，亮激子XA被囚禁在两个高对称点上，形成相反电偶极矩的蜂窝型超晶格；(2) 对于H型堆垛情况，XA被囚禁在一个高对称点上，形成三角形超晶格。这些摩尔激子的谐振强度和辐射寿命在摩尔晶格中受到摩尔势的空间分布调控。
研究意义和重要性
该工作指出扭角双层GaTe是实现光学调控激子器件的理想系统，并为实现强关联Bose-Hubbard物理提供了研究平台。
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