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研究快讯 | 双层1T-TiSe2中的电子-激子耦合
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Express Letter
Electron-Exciton Coupling in 1T-TiSe2 Bilayer
Li Zhu (朱立), Wei-Min Zhao (赵伟民), Zhen-Yu Jia (贾振宇), Huiping Li (李慧平), Xuedong Xie (谢学栋), Qi-Yuan Li (李启远), Qi-Wei Wang (汪琪玮)1, Li-Guo Dou (窦立国), Ju-Gang Hu (胡聚罡), Yi Zhang (张翼), Wenguang Zhu (朱文光), Shun-Li Yu (于顺利), Jian-Xin Li (李建新), and Shao-Chun Li (李绍春)
Chin. Phys. Lett. 2023 40 (5): 057101
DOI: 10.1088/0256-307X/40/5/057101
文章亮点
首次在双层1T-TiSe2中观测到电子与激子耦合导致的隙间态，表明TiSe2中的激子是一种稳定且相干的集体模式，可以作为一种激子凝聚候选材料，同时也为探索基于激子的电子学与光电应用提供了新的思路。
左图：双层TiSe2在+250 meV偏压微分电导图（dI/dV map）的傅立叶变换结果。右图：沿Γ–M方向的E–q色散曲线。其中红色散点标记了导带，橙色散点标记了位于CDW能隙（灰色区域）间的电子-激子耦合导致的隙间态。红色实线为抛物线拟合。垂直的黑色虚线标记了布拉格点的位置。
双层1T-TiSe2中的电子-激子耦合
研究背景
在半导体中，当电子与空穴形成激子的能量收益大于带隙时，系统在低温下凝聚成激子绝缘相。在半金属中，当导带和价带略有重叠时，体系也可能产生激子绝缘体相，1T相TiSe2就是一个例子。TiSe2在低温下表现出2 × 2 × 2的电荷密度波(CDW)序。虽然多数研究认为激子凝聚在TiSe2的CDW转变中发挥了重要作用，但目前尚未有定论。其中，原因之一是激子表现为电荷中性，难以直接探测。因此，如何直接探测TiSe2中的激子效应，对于理解其CDW机制和激子凝聚有着重要意义。
内容简介
最近，南京大学的李绍春课题组与李建新、于顺利课题组、张翼课题组以及中国科学技术大学朱文光课题组合作，利用分子束外延技术制备出双层1T相TiSe2薄膜，通过扫描隧道显微学（STM）和角分辨光电子能谱（ARPES）实验，结合密度泛函理论（DFT）计算，在双层TiSe2中精确确定了CDW能隙。通过利用准粒子干涉（QPI）技术，在CDW能隙的内部观察到了一个隙间态。通过量子多体理论计算并与实验结果的对比，发现该隙间态可能是由电子和激子的耦合导致的。由于激子凝聚是通过带间库仑作用产生电子-激子耦合的必要条件，故TiSe2可作为一种激子绝缘体候选材料。
研究意义和重要性
该工作不仅在双层1T-TiSe2中观测到了电子-激子耦合导致的隙间态，而且还表明扫描隧道显微谱学可以作为一种探测电子-激子耦合等多体效应的实验手段。
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