双原子层中平衡三子液体的发现及其量子相变研究

《SCIENCE》：An equilibrium trion liquid in atomic double layers

来自国际联合团队的研究人员通过独立调控过渡金属二硫化物双分子层载流子密度，首次在MoSe2/WSe2耦合体系中实现平衡态三子液体。该研究通过电调控使WSe2层空穴密度达到MoSe2层电子密度的两倍，观察到毫电子伏量级结合能的层间三子，并揭示其向电子-空穴等离子体的相变过程，为固体中复合粒子关联相研究开辟新途径。

　　

编辑视角：半导体中通常存在多粒子电子-空穴态，但由于电子-空穴复合作用往往寿命短暂。过渡金属二硫化物（TMD）双分子层体系可通过独立调控各层载流子密度，为研究其平衡特性提供理想平台。研究人员通过精确调控钼硒化物（MoSe₂）层电子密度与钨硒化物（WSe₂）层空穴密度的比例，在库仑耦合的双分子层中成功构建了平衡态三子（trion）量子液体——例如由两个空穴和一个电子组成的复合粒子。通过输运、电容和光学测量手段，研究团队观察到这种三子结合能达到毫电子伏（meV）量级，并在低于费米温度两个数量级的条件下保持稳定。该体系还展现出向电子-空穴等离子体的密度调控相变、组成空穴的自旋单态（spin-singlet）关联特性，以及塞曼场（Zeeman field）诱导的三子解离现象。这项突破为探索固体中复合粒子的关联物相开辟了新路径。