[论文解读] Perfect Coulomb drag in a dipolar excitonic insulator
演示 MoSe2/WSe2 双层中电子与空穴层之间的完全库伦拖拽，拖曳电流在驱动电流等密度时相等且符号相反，持续到约 20 K，在高激子密度下崩溃。
Excitonic insulators (EIs), arising in semiconductors when the electron-hole binding energy exceeds the band gap, are a solid-state prototype for bosonic phases of matter. Unlike the charged excitations that are frozen and unable to transport current, the neutral electron-hole pairs (excitons) are free to move in EIs. However, it is intrinsically difficult to demonstrate exciton transport in bulk EI candidates. The recently emerged dipolar EIs based on Coulomb-coupled atomic double layers open the possibility to realize exciton transport across the insulator because separate electrical contacts can be made to the electron and hole layers. Here we show that the strong interlayer excitonic correlation at equal electron and hole densities in the MoSe2/WSe2 double layers separated by a 2-nm barrier gives rise to perfect Coulomb drag. A charge current in one layer induces an equal but opposite drag current in the other. The drag current ratio remains above 0.9 up to about 20 K for low exciton densities. As exciton density increases above the Mott density, the excitons dissociate into the electron-hole plasma abruptly, and only weak Fermi liquid frictional drag is observed. Our experiment moves a step closer to realizing exciton circuitry and superfluidity.
研究动机与目标
- 激发对能够分别接触电子层和空穴层的偶极子激子绝缘体中激子输运的研究。
- 研究强的层间激子相关性是否会产生完美库伦拖拽。
- 探索拖曳对激子密度的依赖，并在更高密度下识别解离的起始点。
提出的方法
- 使用库仑耦合的 MoSe2/WSe2 双层结构，夹层为 2-nm 的屏障。
- 对其中一层施加电流，并在另一层测量在等电子与空穴密度下的感应拖曳电流。
- 将拖曳电流比随温度和激子密度的函数进行表征。
- 识别从激子支配的输运到电子-空穴等离子体以及费米液体拖曳的转变。
实验结果
研究问题
- RQ1在具有分离的电子层和空穴层电接触的偶极子激子绝缘体中，是否能够实现完美的库伦拖拽？
- RQ2拖曳电流比如何随温度和激子密度变化，以及何时发生激子解离？
- RQ3在高于莫特密度时，哪种传输体系取代激子支配的拖拽？
主要发现
- 强烈的层间激子相关性产生完美库伦拖拽，拖曳电流等于且方向相反于驱动电流。
- 在低激子密度下，拖曳电流比在约 20 K 时仍保持在 0.9 以上。
- 当激子密度超过莫特密度时，激子解离为电子-空穴等离子体，拖曳转变为弱费米液体摩擦拖拽。
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本解读由 AI 生成，并经人工编辑审核。