光泵浦三维狄拉克材料中的激子不稳定性

近期有研究提出，瞬态激子不稳定性可在光泵浦二维 (2D) 狄拉克材料 (DMs)（如石墨烯和拓扑绝缘体表面态）中实现。在此，我们探讨了在光泵浦三维 (3D) DMs（如狄拉克半金属和韦尔半金属）中实现瞬态激子凝聚的可能性，这些材料由光激发电子和空穴的非平衡化学势描述。类似于具有长程相互作用的平衡态情况，我们发现对于具有屏蔽库仑势的泵浦 3D DMs，存在两种可能的激子相：分别源于节点内和节点间相互作用的激子绝缘体相和电荷密度波相。在泵浦情况下，激子不稳定性的临界耦合消失；因此，这两种相在任意弱的耦合强度下共存。电荷密度波相中的激子能隙始终是最大的。屏蔽效应与光泵浦导致的态密度增加之间的竞争，使得瞬态激子凝聚呈现出丰富的相图。基于静态屏蔽理论，我们发现无量纲耦合常数在某些取值条件下，3D DMs 中的屏蔽可能弱于 2D DMs。此外，我们确定了可通过扫描隧道谱、光发射和光学电导率测量探测的瞬态激子凝聚特征。最后，我们对现有及假设的 3D DMs 的临界温度和激子能隙进行了估算。