单层半导体中的四粒子体

理解物质或材料的结构以及组成基本粒子之间的相互作用或关联，是物理学、化学到生物学所有科学分支的核心任务。在物理学中，这一终极目标促使人们几乎对所有物质状态和形式——从基本粒子、原子核、冷原子到凝聚态——持续寻找高阶关联实体或复合粒子。迄今为止，涉及两个或三个组成粒子的此类复合粒子已在实验上被确认，例如凝聚态物理中的库珀对、激子和三激子，或量子色动力学中的双夸克和介子。尽管四体不可约实体在多种材料体系中早有理论预言，并交替被称为 quadruplon、quadron 或 quartet，但迄今为止密切相关的实验观测似乎仅局限于基本粒子领域（例如 CERN 近期发现的四夸克）。在本文中，我们给出了四体不可约实体——quadruplon（涉及二硫化钼单层中的两个电子和两个空穴）——存在的首个实验证据。利用光学泵浦-探测技术，我们发现了一系列区别于三激子和双激子的新谱特征。通过求解四体 Bethe-Salpeter 方程并结合团簇展开方法，我们得以用四体不可约团簇或 quadruplon 解释这些谱特征。与由两个弱束缚激子组成的双激子不同，quadruplon 由两个电子和两个空穴组成且不存在激子。