今日Science：扭曲双层半导体中的电可调谐Feshbach共振

【研究背景】

调整粒子间相互作用的符号和强度的能力是实现量子模拟器的关键。在超冷原子实验中，利用Feshbach共振实现了相互作用的必要可调谐性；这使得该领域有了许多令人印象深刻的发展，包括超冷分子的制备和BEC（玻色-爱因斯坦凝聚态）到BCS（巴丁-库珀-施里弗态）转变的观测。由于它们丰富的内部能级结构，在给定的内部状态下制备的两个冷原子可以通过施加外部磁场与两个原子的束缚分子态共振，其中S'≠S。有限超精细耦合允许处于低能散射态（开放通道）的两个原子与束缚分子态（封闭通道）杂交，从而在开放通道中产生完全可调谐的散射相移。过渡金属二硫属化物双层中的莫尔超晶格为探索与光谱的强相关性提供了平台。尽管观察到周期势和库仑相互作用之间的相互作用产生了丰富的Mott-Wigner特性，但没有隧道耦合诱导的电子态杂化确保了经典的层自由度。

【成果简介】

苏黎世联邦理工学院量子电子研究所ATAÇ IMAMOĞLU教授和IDO SCHWARTZ博士研究了一种MoSe₂同质双层结构，其中层间相干隧穿允许电场控制的操纵和基态空穴层赝自旋的测量。本实验证明，即使当层内三子的能量高于散射态的能量时，具有相干层间空穴隧穿的双层TMD系统也会表现出诱导层间Feshbach分子的2D Feshbach共振。这样的共振用于通过电调谐Feshbach分子的结合能来增强驻留在不同层的激子和空穴之间的相互作用。相互作用强度是谷选择性的，并且可以诱导相邻MM位空穴之间的激子介导的铁磁相互作用。因此，本工作在探索莫尔晶格中的量子磁性方面可以发挥作用。本研究成果可以实现具有可调相互作用的简并玻色-费米混合物。该文章近日以题为“Electrically tunable Feshbach resonances in twisted bilayer semiconductors”发表在知名顶刊Science上。

【图文导读】

图一、设备结构和基本特征

图二、莫尔填充因子ν=3时的相干孔隧穿

图三、ν=2附近的相干空穴隧穿

图四、Feshbach共振

【全文总结】

研究表明，具有相干层间空穴隧穿的双层TMD系统表现出2D Feshbach共振，即使当层内三元的能量高于散射态的能量时，也会诱导层间Feshbach分子。这种共振用于通过电调节Feshbach分子的结合能来增强激子和位于不同层中的空穴之间的相互作用。相互作用强度是谷选择性的，可以在相邻MM位点的空穴之间诱导激子介导的铁磁相互作用。此外，报告的实验表明，外加电场、层间空穴隧道和层选择性光激发的组合原则上可以允许层赝自旋在Bloch球体上的任意旋转以及在上下基础上的投影测量。可实现的控制程度可以在二维材料中实现一组新的量子光学实验，包括谷和层赝自旋的光泵浦以及利用层相干性的电磁感应透明度。

文献链接：Electrically tunable Feshbach resonances in twisted bilayer semiconductors(Science2021, doi: 10.1126/science.abj3831)

本文由大兵哥供稿。

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