研究人员证实，某些弱键合二维材料可以让空穴和电子在材料基态结合成激子，进而形成类超流体。
混合、匹配二维材料的计算模型使美国莱斯大学的科学家们认识到，可以用新的方法控制激子。一般来说，只有当光或电的能量将电子、空穴提升到高能状态时，激子才会产生。
《自然通讯》杂志报道，莱斯大学的研究人员发现了一种具有类原子晶格尺寸的二维材料，当它们混合在一起时，就会形成激子。材料学家Boris Yakobson团队观察到的材料基态激子，有可能进一步在最低能量状态下凝聚成类超流体。这一发现为自旋电子与量子计算应用的开发注入了新动力。
Yakobson解释说：“激子形成，意味着电子和空穴跃入了更高能态。如果冷系统处于可能的最低能态，激子是无法存在的。但我们的发现似乎打破了这个观点——在物质系统中，激子可以在基态形成并存在。”
在进行了大量可能性评估之后，Yakobson团队精确地模拟了23个双层异质结构，并计算了它们在带隙相邻条件下的排列情况。这类结构的层在弱范德华力的作用下维持了松散的一致性。Yakobson等为每种组合制作了相图，以便找出最具可行性的实验组合。
Yakobson说：“组合的优劣是由晶格参数匹配和电子带的特殊位置决定的。其中，后者更为重要。电子带形成的断裂间隙也被称为III型。”
研究人员表示，可以通过调整张力、曲率或外部电场应力，控制激子的相态，使其具有波色-爱因斯坦凝聚态或超导BCS凝聚态的“完美流体”特性。
研究生Sunny Gupta说：“在量子凝聚态中，低温下的玻色子粒子占据了一个集体的量子基态。这支持了宏观量子现象，就像超流性和超导电性一样显著。凝聚态很有趣，它具有的奇异量子特性能够在低温下以日常尺度存在。因为凝聚态处于可能的最低能量状态，而且具备量子性质，所以不会失去能量，并能表现出完美的无摩擦流体特征。二维材料极大拓宽了我们进入量子世界的窗口，并为新设备的制造奠定了基础。”
Yakobson补充说：“除了晶格参数之外，化学成分也非常重要。如果不进行艰苦的定量分析，我们就无法预测材料的行为。正如Robert Curl所言，一个人永远不能否认有意外收获的机会。类似的，化学也与运气有或多或少的联系。虽然从理论上讲，我们可以对成千上万种材料组合进行筛选，但真正动手做起来又是另一回事了。”
科界原创
编译：雷鑫宇
审稿：西莫
责编：张梦
期刊来源：《自然通讯》
期刊编号：2041-1723
原文链接：
https://news.rice.edu/2020/06/15/excitons-form-superfluid-in-certain-2d-combos/
版权声明：本文由科界平台原创编译，中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。转载请注明来源科技工作者之家—科界App。
