扭曲双层材料，再发《Science》！

过渡金属双卤素双分子层的Moiré超晶格，为探索与光谱学的强相关性提供了平台。尽管观察到丰富的Mott-Wigner物理源于周期势和库仑相互作用，没有隧道耦合诱导的电子态杂化确保了经典层自由度。

在此，来自瑞士苏黎世联邦理工学院的研究者研究了MoSe₂同质层结构，其中层间相干隧穿允许电场控制操纵和测量基态空穴层伪自旋。相关论文以题为“Electrically tunable Feshbach resonances in twisted bilayer semiconductors”发表在Science上。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj3831

调节符号和粒子间相互作用强度的能力，是实现量子模拟器的关键。在超冷原子实验中，必要的相互作用可调谐性是通过费什巴赫共振实现的；这使得该领域取得了许多令人印象深刻的进展，包括超冷分子的制备和BEC(玻色-爱因斯坦凝聚态)到BCS(巴尔丁-库珀-施里弗态)转变的观察。由于其丰富的内能级结构，在外加磁场作用下，两个总自旋为S的给定内态制备的冷原子可以与两个S’≠S的束缚分子态发生共振。有限超细耦合，允许处于低能量散射态(开信道)的两个原子与束缚分子态(闭信道)杂交，导致在开信道中完全可调谐的散射相移。

近年来，扭曲双二维材料，成为研究强相关电子物理的新平台。在这些合成量子材料中，出现的平带和强库仑相互作用的动能部分猝灭起着核心作用。相比之下，光激发的作用主要局限于光谱学，揭示了相互作用电子系统的Mott-Wigner态的不可压缩性和突现电荷顺序等特征。通过允许简并的波塞-费米混合中存在光诱导相关态，增强激电子相互作用的强度可以极大地丰富这个系统的物理学。

在这里，研究者演示了在扭曲的同质层MoSe₂异质结构中电可调谐的费什巴赫共振，为玻色子(激子或极化子)和费米子(电子或空穴)粒子之间的可调谐相互作用提供了基础。虽然层间赝自旋自由度的存在，允许获得可调谐进、出共振的开、闭通道，但层间的相干空穴隧穿提供了超精细相互作用的对应物，导致散射和束缚分子态的杂化。研究在激子-空穴散射中，观察到一个电可调的二维费什巴赫共振，这使研究者能够控制位于不同层中的激子和空穴之间的相互作用强度。该结果使具有可调谐相互作用的简并玻色费米混合物的实现成为可能。

图1 设备结构及基本特点。

图2 moiré填充因子ν = 3处的相干空穴隧穿。

图3 ν = 2周围的相干洞隧穿。

图4 费什巴赫共振。

该实验表明，具有层间相干空穴隧穿的双层TMD系统表现出二维费什巴赫共振，即使层内trion的能量高于散射态的能量，也能诱导层间的费什巴赫分子。这种共振通过电调节费什巴赫分子的结合能，来增强激子与不同层空穴之间的相互作用。相互作用强度具有谷选择性，可诱发相邻MM位空穴之间的激子介导的铁磁相互作用。

尽管该实验探索激子-空穴散射的增强，但其基本概念更为普遍；在单层中两个电子的散射态和层间束缚三聚态之间的电场控制费什巴赫共振将为所引入的概念和技术提供一个扩展。此外，报道的实验表明，结合外加电场、层间空穴隧穿和层选择性光激发，原则上可以允许布洛赫球上层赝自旋的任意旋转，以及在上下基组上的投射测量。可实现的控制程度，可以使一套新的二维材料量子光学实验成为可能，包括光泵谷和层伪自旋以及利用层相干的电磁感应透明。（文：水生）

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