无质量激子与线性激子色散的直接观测
材料科学
2025-03-14 v2 介观与纳米尺度物理
应用物理
摘要
激子——由束缚电子空穴对形成的基本激发态——支配着材料的光学特性与激发态动力学。在二维材料中，激子理论上被预测将呈现线性能动量关系，并在长波长极限处表现为非解析性间断，模仿光子的色散。由此产生的激子行为类似无质量粒子，尽管其由由质量构成的复合玻色子。然而，无质量激子的实验观测迄迄未果。本工作我们利用动量分辨电子能损谱，在自由单层六方氮化硼 (hBN) 中明确地观察到了预测的线性激子色散。实验结果与我们基于 ab initio 多体扰动理论的理论预测高度吻合。此外，我们确认单层 hBN 中最低偶极允许跃迁位于 6.6 eV，阐明了关于单层 hBN 带隙长期争论的议题。这些发现为 2D 激子物理提供关键性洞见，并开启了激子中介超导、玻色-爱因斯坦凝聚以及高效光电器件应用的新途径。
引用
@article{arxiv.2502.20454,
title = {Direct Observation of Massless Excitons and Linear Exciton Dispersion},
author = {Luna Y. Liu and Steffi Y. Woo and Jinyuan Wu and Bowen Hou and Cong Su and Diana Y. Qiu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.20454},
year = {2025}
}