极化激元诱导的魔角平带超导与涌现SU(2)对称性研究

本研究创新性地提出极化激元-莫尔耦合系统，通过极化激元凝聚体诱导拓扑平带中电子间的谷间吸引作用，实现了强关联超导体的精确可解模型。该系统突破了弱关联极限，揭示了涌现SU(2)对称性和非费米液体态，为高温超导机制研究和量子模拟提供了可控平台。

　　

在量子材料研究领域，实现高温超导和解析强关联电子系统始终是重大挑战。传统超导理论（如BCS理论）在弱耦合体系表现良好，但对铜基高温超导等强关联体系解释乏力。同时，魔角石墨烯等莫尔材料虽展现出平带关联物理，但难以实现可调控的吸引相互作用。这一困境促使研究者探索新型量子调控平台。

为解决这一难题，研究人员构建了极化激元（polariton）-莫尔电子耦合系统。该系统核心创新在于：通过微腔激子极化激元的玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）态，诱导魔角过渡金属二硫化物（TMD）平带中电子产生谷间吸引作用（intervalley attraction）。理论分析表明，在严格平带极限下，该系统呈现精确的SU(2)对称性，其多体基态可通过代数方法解析求解。当引入有限带宽（W）打破严格对称性时，量子蒙特卡洛（QMC）模拟预测将出现超导穹顶（T_c
～W）和更高能标的赝能隙相（T^*
～V?^eff
），这种层级结构与传统BCS超导体有本质区别。

关键技术包括：1）魔角TMD异质结制备实现拓扑平带；2）光学微腔设计实现激子极化激元强耦合；3）电学栅压调控平带填充；4）基于SU(2)对称性的严格可解模型构建；5）量子蒙特卡洛模拟验证强关联区相图。研究样本来源于理论设计的TMD同质双层/单层异质结构。

【物理系统】章节阐明实验构型：将具有魔角扭曲的TMD双层与绝缘TMD单层集成于光学微腔，通过极化激元凝聚诱导电子间有效吸引势V?^eff
。关键突破在于利用TMD的强自旋-轨道耦合实现完全自旋极化，使谷间相互作用主导。

【模型】部分建立严格理论框架，哈密顿量包含五项：H=H₀
^e
+H₀
^p
+H_I
^e-ex
+H_I
^ex-ex
+H_I
^e-e
。通过投影到平带获得有效相互作用，发现谷内相互作用因泡利不相容原理而抵消，确保谷间吸引占主导。

【SU(2)对称性与精确解】章节揭示核心发现：在W=0极限下，系统具有由对产生算符Δ^?
=∑_k
c_k,τ
^?
c_-k,-τ
^?
、对湮灭算符Δ和粒子数算符N构成的SU(2)代数结构。该对称性保证任意数量库珀对的零能激发，而单粒子激发存在能隙～V?^eff
，形成赝能隙相。

【是否为超导体？】部分指出：严格平带下SU(2)对称性阻止二维超导序，但有限带宽W≠0时可实现BKT相变。QMC模拟证实当V?^eff
?W时，T_c
～W且T^*
～V?^eff
，二者分离形成独特相图。

研究结论具有三重重要意义：1）首次将极化激元诱导超导扩展至强关联区，理论预测T_c
可达数十开尔文；2）提供首个具有严格解的强关联超导模型，揭示赝能隙与超导穹顶的共存机制；3）为模拟铜基超导等复杂关联现象提供高度可控平台。该工作发表于《Materials Today Quantum》，为量子材料设计与调控开辟了新范式。