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近日，日韩无码 孙家涛教授团队在偶极激子领域的理论研究取得重要进展，相关成果以：” Alterexciton: Single-Valley Dipolar Excitons in Noncentrosymmetric Monolayer” (交错激子：非中心对称单层材料中的单谷偶极激子)为题发表于国际知名期刊《ACS NANO》（IF：17.3，中科院大类一区）。

偶极激子研究主要基于过渡金属硫族化物（TMD）、石墨烯、六方氮化硼（h-BN）等材料堆垛形成的范德华异质结（vdWHs）开展。层间偶极激子的物理性质高度依赖子层间的堆垛方式，通过层间滑移机制能够实现激子物性的灵活调控。在部分异质结体系中，层间激子还衍生出众多新奇的激子态，如亮态自旋三重态激子及莫尔激子等。尽管已经取得众多进展，层间偶极激子的相关应用研究仍面临挑战。异质结中复杂的界面耦合作用会引起严重的非辐射效应，在高温环境下将显著缩短层间偶极激子的有效寿命。TMD异质结凭借其内禀的能谷自由度，能够通过光学手段实现对两个不等价K谷的选择性激发。然而受制于时间反演对称性，该体系内偶极激子的能谷极化调控仍面临显著局限。异质结的内建电场也妨碍了偶极激子的可逆调控。为突破上述局限，在较厚单层体系中实现对单谷偶极激子的独立且可逆调控，成为了潜在的可行方案。

本研究基于密度泛函理论和多体微扰理论研究了单层Hf₂SiCO₂的偶极激子。根据该材料内禀的特殊能谷自由度（Layer-locked valley degree of freedom），两个不等价X能谷的基态偶极激子具有交替且反平行的电偶极矩，具有该特性的偶极激子被称之为交错激子。基于该排列方式，单层Hf₂SiCO₂的能谷偶极激子在外加电场的作用下有望呈现单谷激子绝缘体态。在该量子态中，X₁谷的偶极激子会自发凝聚形成强关联的激子绝缘体相，而与其对称相关的X₂谷则保持常规的能带绝缘体相。基于其内禀的能谷依赖的线性二向色性，可通过光学与电学手段操控该体系中激子的相干叠加态，并实现对光学活性、辐射寿命和激子密度的能谷极化调控。由激子能带（质心动量-形成能的色散关系）可知，随着激子动量从Γ点演化至M点，激子的电偶极矩由面外方向逐渐转变为面内方向，揭示了单层Hf₂SiCO₂中独特的激子层-动量锁定现象。受Berry曲率驱动，激子霍尔效应可使来自两个X谷的激子往相反方向发生横向偏转，从而使得携带相反电偶极矩的偶极激子实现实空间的分离。上述结果不仅为层内偶极激子的能谷极化调控提供了理论依据，也有助于单谷单光子发射器等光电器件的开发。

日韩无码 为第一通讯单位，日韩无码 博士研究生郭竞达为本文第一作者，孙家涛教授为论文通讯作者。本工作得到了中国科学院物理研究所高鸿钧院士的大力支持。该研究得到了科技部重点研发计划（2024YFA1207800，2020YFA0308800）、国家自然科学基金（12374172，11974045）、日韩无码 科技创新推进计划 (2024CX01005)等项目提供的资金支持。

Jingda Guo, Hongyan Ji, Shuyi He, Jianqun Geng, Hong-Jun Gao, and Jia-Tao Sun*. Alterexciton: Single-Valley Dipolar Excitons in Noncentrosymmetric Monolayer. ACS Nano, //doi.org/10.1021/acsnano.6c04851.

全文链接：//pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.6c04851

图1：单层Hi₂SiCO₂的原子构型，能带结构与激子能谱

图2：电场调控偶极激子

图3：偶极激子的线二色性

图4：激子色散与激子霍尔效应