二维激子物理中的能带拓扑、轨道相位缠绕与选择定则

我们证明能带拓扑能显著改变二维（2D）半导体的光物理特性。对于能带极值附近状态具有多重轨道特征，且描述轨道分量（赝自旋）的自旋子在极值 k 点附近获得非零缠绕数（拓扑不变量）的系统，激子态的光学强度和性质（即螺旋性）由光学矩阵元缠绕数决定，这是一个独特且迄今未被认识的特征。我们在三个带隙石墨烯系统中阐释了这些发现——具有不等价子晶格的单层石墨烯以及偏置双层和三层石墨烯，其中赝自旋纹理表现为与不同能谷和光子圆偏振相关联的独特光学矩阵元缠绕图样。这种缠绕数物理导致了新颖的激子系列和光学选择定则，每个能谷拥有多个与不同螺旋性光耦合的亮激子。这种能谷-激子选择性圆二色性可以使用光谱学明确检测。