激子凝聚体的缺陷束缚态——Yu–Shiba–Rusinov态的类比物

《Nature Nanotechnology》:Defect-bound states of exciton condensate as an analogue of the Yu–Shiba–Rusinov state

【字体: 时间:2026年09月04日 来源:Nature Nanotechnology 37.5

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  固体中的量子凝聚态常通过与杂质的相互作用揭示其基本本质,Yu–Shiba–Rusinov(YSR)束缚态即为超导体中磁性杂质处束缚态的典型范式。尽管类似的束缚态在激子(exciton)量子凝聚体中被理论预言,但其实验证据一直悬而未决。本研究利用扫描隧道显微镜与

  
固体中的量子凝聚态常通过与杂质的相互作用揭示其基本本质,Yu–Shiba–Rusinov(YSR)束缚态即为超导体中磁性杂质处束缚态的典型范式。尽管类似的束缚态在激子(exciton)量子凝聚体中被理论预言,但其实验证据一直悬而未决。本研究利用扫描隧道显微镜与扫描隧道谱(scanning tunnelling microscopy and spectroscopy, STM/STS)技术,在4.4 K下直接可视化观测了范德瓦尔斯晶体Ta2Pd3Te5激子凝聚相中束缚于杂质的带隙内电子态。研究人员发现,带隙内态的能量与激子带隙(excitonic band gap)相关,后者可通过局域应变与载流子注入进行系统调控。理论分析表明,这些带隙内态可通过YSR机制的电荷-激子版本,由占据Ta位点的Pd原子所关联的电荷偶极子(charge dipole)予以解释。本研究发现将YSR物理引入了激子凝聚体,并提供了一种可在直至室温下保持的激子凝聚体中探测与调控量子特性的微观工具。
一、研究背景与目的

固体中的量子凝聚态常通过与杂质的相互作用展现其多体量子本质,超导体中Yu–Shiba–Rusinov(YSR)态即为典型:磁性杂质的局域自旋通过时间反演对称性破缺破坏库珀对,在超导能隙内诱导束缚态。YSR态及其所代表的局域对破坏束缚态是探测超导多体相互作用的敏感探针,并关联Majorana零模等拓扑量子态。理论上预言激子凝聚体中带电杂质可通过类似机制局域破坏电子-空穴配对,在激子带隙内形成束缚
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