在过去的几年中，适当设计的二维材料堆栈已经成为研究电子态之间量子相关性的强大平台。ETH的物理学家们现在演示了如何通过改变外加电场来方便地调整这些系统的关键特性。
研究强相互作用量子粒子的性质和行为是现代物理学的前沿课题之一。不仅存在有待解决的重大未决问题，其中一些问题已经存在了几十年(比如高温超导)。同样重要的是，有许多量子多体物理的体系仍然无法用目前的分析和数值工具实现。特别是在这些情况下，我们寻求能够控制和调节粒子间相互作用的实验平台，从而能够系统地探索宽参数范围。一个这样的实验平台是精心设计的二维材料堆。在过去的几年里，这些“设计量子材料”使相关电子态的独特研究成为可能。然而，量子态之间的相互作用强度通常是固定的，一旦堆栈被制造。现在量子电子学研究所的Ataç Imamoğlu教授小组报告了一种绕过这一限制的方法。在《科学》杂志上，他们介绍了一种通用的方法，可以通过应用电场[1]来调节二维异质结构中的相互作用强度。
扭曲的力量
自从2004年首次成功分离和表征石墨烯(单层碳原子)以来，二维材料一直是固态研究的焦点。此后，该领域以惊人的速度扩展，但在三年前得到了显著的推动，当时人们发现，以较小角度排列的两个石墨烯层可以承载由电子相互作用主导的广泛有趣现象。
这种“扭曲双分子层”系统，也被称为moiré结构，随后也被用于其他二维材料，最著名的是过渡金属双卤族化合物(TMDs)。去年，Imamoğlu团队证明了两层TMD材料二硒化钼(MoSe2)，被六方氮化硼(hBN)组成的单层势垒隔开，产生了moiré结构，其中强相关量子态出现了[2]。除了纯电子态，这些材料还表现出杂化的光物质态，这最终使得通过光谱学研究这些异质结构成为可能，而石墨烯是不可能做到这一点的。
但是，尽管这些MoSe2/hBN/MoSe2结构提供了令人着迷的多体物理特性，但它们与许多其他固态平台有一个共同的缺点:关键参数在制造过程中或多或少是固定的。为了改变这一现状，由博士后Ido Schwartz和Yuya Shimazaki领导的研究小组现在采用了一种被广泛用于实验的工具，该工具以其可调谐的超低温原子量子气体而闻名。
Feshbach资源娘娘腔的男人去电
Schwartz, Shimazaki和他们的同事证明他们可以在他们的系统中诱发所谓的Feshbach共振。从本质上说，这允许通过将量子实体带入一种束缚态共振来调整它们之间的相互作用强度。在ETH团队的研究中，这些边界状态介于一层的激子(使用他们系统中的光学跃迁产生)和另一层的空穴之间。结果表明，当激子和空穴在空间上重叠时，空穴可以隧穿到另一层，形成层间激子-空穴“分子”(见图)。重要的是，激子-空穴相互作用的相关层间相互作用强度，可以很容易地利用电场改变。
这种“费什巴赫分子”结合能的电可调性与原子系统相反，在原子系统中，费什巴赫共振通常是由磁场控制的。此外，Schwartz, Shimazaki等人的实验产生了第一个发生在真正的2D系统中的Feshbach共振，这本身就很有趣。然而，更重要的可能是，目前在MoSe2/hBN/MoSe2异质结构中探索的电调谐Feshbach共振应该是具有电子或空穴相干隧穿的双层系统的一般特征。这意味着，新推出的“调谐旋钮”可能成为基于二维材料的广泛固态平台的通用工具，从而为更广泛的量子多体系统的实验探索开辟了有趣的前景。
参考文献
Schwartz I，岛崎Y, Kuhlenkamp C, Watanabe K, Taniguchi T, Kro ner M和Imamo ğlu A.电调谐Feshbach结果的观察 扭曲双层半导体中的Nances。科学374,336-340(2021)。doi: 10.1126 /科学。abj3831call_made eshimazaki Y, Schwartz I, Watanabe K, Taniguchi T, Kro ner M和Imamo ğlu a Stro 在moiré异质结构中，Ngly关联电子和混合激子。自然580,472-477(2020)。doi: 10.1038 / s41586 - 020 - 2191 - 2 - call_made
