王枫团队Science！突破性强磁场低温光学技术，助力激子绝缘体中的完美库仑拖拽与激子输运研究

激子绝缘体是一种由强关联电子-空穴对（激子）组成的量子态，其特性介于绝缘体与超流体之间。理论预测，在二维电子-空穴双层系统中，当层间距离远小于层内粒子间距时，电子和空穴可通过库仑相互作用形成间接激子，并在低温下呈现超流体或玻色-爱因斯坦凝聚态。然而，这类量子态的观测长期受限于传统电学测量的技术瓶颈，例如过渡金属硫族化合物（TMD）材料的高接触电阻和低掺杂下的载流子屏蔽效应。

近期，加州大学伯克利分校王枫/Andrew Y. Joe团队在《科学》杂志发表题为“Perfect Coulomb drag and exciton transport in an excitonic insulator”的研究结果，通过创新的光学测量技术，突破性的在无外加磁场的MoSe?/hBN/WSe?异质结构中观测到完美库仑拖拽效应，并揭示了激子绝缘体相中独特的输运行为。这一发现不仅深化了对强关联激子体系的理解，还为未来开发基于激子的低能耗电子器件提供了新思路。

研究团队构建了由单层MoSe?（电子层）和单层WSe?（空穴层）组成的异质结构，中间以3 nm厚的六方氮化硼（hBN）作为隧穿势垒（图2A）。通过双门控设计（顶部石墨烯栅极和底部双栅极），精确调控电子和空穴的密度（图2C-D）。

用户在OptiCool系统中采用光学反射光谱测量结合电容驱动方法创造性的对激子绝缘体相中独特输运行为进行了高精度的测量。

本研究中，研究者在低温下观测到了完美的库仑拖拽。在低温和电子-空穴密度平衡条件下，驱动层（空穴层）的电流会引发拖拽层（电子层）产生完全反向且等量的电流。这一现象仅在激子绝缘体相中显著，表明激子主导了输运过程。

本研究开发的光学测量方法为低维强关联体系的研究提供了新工具，尤其适用于难以制备电学接触的高质量TMD异质结构。该光学技术可扩展至其他量子材料体系，为探索关联电子态开辟新路径。完美库仑拖拽效应可用于设计高效能量转换器件，例如激子晶体管或量子信息处理器。研究团队指出，未来通过优化样品质量（如降低缺陷密度）或探索其他二维材料组合（如扭曲双层结构），有望实现更高温度的激子超流体态。此外，这项研究不仅揭示了二维激子绝缘体的独特输运行为，更展示了光学手段在量子材料研究中的强大潜力，为下一代电子器件的开发奠定了重要基础。