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編輯總結
一對二維（2D）系統，其中一個具有電子載流子，另一個具有空穴載流子，且兩者由薄的絕緣層隔開，可以承載關聯的層間激子。預計這些激子將表現出超流性，以及所謂的完美庫侖拖曳，其中一層中的電流會導致另一層中相等但方向相反的電流。現在，兩個研究已經在由二硒化鉬和二硒化鎢層組成、由六方氮化硼隔開的異質結構中觀察到了低溫下幾乎完美的拖曳效應。Nguyen等人使用了傳輸測量，而本文則依賴光學技術。這些研究為進一步探索此類異質結構中的激子輸運行為提供了可能，包括尋找超流性。 — Jelena Stajic
研究背景
強耦合的電子-空穴雙層可以承載層間激子的量子態，例如零磁場下的高溫激子凝聚態。預計這一狀態將表現出完美的庫侖拖曳，其中一層中的電流伴隨著另一層中相等但相反的電流。
鑒于此，加州大學伯克利分校王楓、Andrew Y. Joe等人在Science期刊上發表了題為“Perfect Coulomb drag and exciton transport in an excitonic insulator”的最新論文。他們使用光學技術探測基于MoSe2/hBN/WSe2異質結構的關聯電子-空穴雙層的電輸運行為。
在低溫下，作者在激子絕緣體相中觀察到了完美的庫侖拖曳；層間激子的反向電阻保持有限。這些結果表明，激子氣體并未凝聚成超流體。作者的工作表明，動態光學光譜學為探測關聯電子-空穴流體中的激子輸運行為提供了強有力的工具。
研究亮點
（1）實驗首次在基于TMD異質結構的電子-空穴雙層系統中觀察到完美的庫侖拖曳效應，得到了驅動電流在一個層中產生的電流在另一個層中具有相等但相反的特性。此結果證明了在電子和空穴密度相等時，激子在雙層系統中表現出強關聯性。
（2）實驗通過開發光學技術，無需通過傳統電接觸傳輸電流，成功測量了激子輸運行為。結果顯示，當額外電荷存在時，庫侖拖曳效應變得不完美，但依然保持較強的強度，揭示了在不同電荷密度下激子流動的變化特征。
（3）實驗進一步探測到，在低至2K的溫度下，沒有觀察到激子超流體的形成，這一結果與許多理論預測相悖，提示激子氣體并未凝聚成超流體。此發現為激子超流體的存在與特性提供了新的實驗依據，并對進一步研究電子-空穴雙層的量子態提出了挑戰。
圖文解讀
圖1. 關聯電子-空穴雙層器件
圖2. 電子-空穴雙層中的強庫侖拖曳
圖3. 激子和電荷輸運
圖4. 電荷中性下的拖曳行為與激子輸運
結論展望
在這里，本文展示了在沒有外部磁場的情況下，在電子-空穴雙層系統的激子絕緣體相中實現了完美的庫侖拖曳。作者的結果確立了基于過渡金屬二硫化物（TMD）的電子-空穴雙層作為激子電子器件的有前景平臺。盡管作者沒有在TMD雙層中觀察到激子超流體性，但作者的研究為進一步研究反向超導性和激子凝聚體奠定了基礎，尤其是在樣品質量進一步提高時。這里展示的光學技術為研究TMD基系統中的輸運行為提供了一種方法，特別是在量子關聯效應強烈但電接觸難以實現的低摻雜區間。
原文詳情：
Ruishi Qi et al. ,Perfect Coulomb drag and exciton transport in an excitonic insulator.Science388,278-283(2025).DOI:10.1126/science.adl1839
