多轨道摩尔系统中场可调强关联态的相互作用

电荷、自旋、晶格和轨道自由度的相互作用在强关联系统中导致了广泛的涌现现象。在异双层过渡金属硫族化物摩尔系统中，最近观测到的Mott绝缘体和广义Wigner晶体可由基于K谷衍生摩尔带的三角晶格单轨道Hubbard模型很好地描述。更丰富的相图可映射到多轨道Hubbard模型，这在$\Gamma$谷衍生摩尔带的六角晶格及附加的层自由度中是可能的。本文报道了单层MoSe$_2$/天然WSe$_2$双层器件中由$\Gamma$和K衍生摩尔带承载的强关联空穴态之间的可调相互作用。为精确探测关联态的性质，我们通过光学表征激子-极化激元的行为并区分层与谷自由度。我们发现蜂窝状$\Gamma$带产生了一种由具有不等价$\Gamma_\mathrm{A}$和$\Gamma_\mathrm{B}$轨道的双轨道Hubbard模型描述的电荷转移绝缘体。借助面外电场，我们在能量上重新排序了$\Gamma_\mathrm{B}$和K衍生带，驱动载流子突兀地重分布到层极化的K轨道，并在此处观测到新的关联态。最后，通过微调能带对齐，我们在费米能级处获得$\Gamma_\mathrm{B}$和K轨道的简并。在这一临界条件下，观测到载流子分布于两个轨道上的稳定Wigner晶体，直到费米能级达到每晶格位点一个空穴，此时系统坍缩为填满的$\Gamma_\mathrm{B}$轨道。我们的结果建立了一个研究多轨道Hubbard模型哈密顿量中电荷、自旋、晶格和层几何相互作用的平台。