原子薄碲化铪是激子绝缘体的证据

具有非零动量的激子的凝聚可以产生所谓的电荷密度波（CDW）。这种现象可以促使材料转变为一种迷人的新量子相，即激子绝缘体

上海交通大学和其他研究所的研究人员最近进行了一项研究，探索这种金属-绝缘体转变可能发生在原子薄的半金属HfTe2中的可能性。他们的观察结果发表在《自然物理学》上，揭示了原子薄材料中可能的激子CDW和金属绝缘体跃迁

“CDW在材料中的形成有多种机制（如费米表面嵌套、晶格畸变等），排除其他CDW形成机制是识别激子绝缘体存在的关键，”该论文通讯作者彭晨，告诉Phys.org。

“我们的研究团队之前对包括TiSe2和ZrTe2在内的二维过渡金属二硫族化合物进行了一系列研究，以探索这一新现象。不幸的是，晶格畸变仍然在计算的声子色散中得到证明，尽管它可能不是这些材料的主要驱动力。”，研究人员开始探索另一种材料HfTe2薄膜中CDW和金属-绝缘体转变的存在。在成功观测到这两种现象后，他们进行了声子计算，以验证他们的观测结果

这些计算表明单层HfTe2不表现出结构失稳。此外，拉曼和X射线衍射测量没有揭示任何显著的晶格畸变，从而为单层HfTe2中金属-绝缘体跃迁的电子起源提供了有力的证据。

“激子凝聚的一个显著特征是对费米表面附近载流子浓度的敏感性，”彭解释道。“原则上，少量载流子和n型和p型载流子的平衡浓度有利于激子凝聚。我们发现，少量n型掺杂显著提高了单层HfTe2的转变温度，这与Peierls型CDW等其他类型的转变机制不同。”

彭和他的研究人员最近收集的发现表明，原子薄的HfTe2可能是天然固体中第一个已知的纯电子跃迁起源的激子绝缘体。到目前为止，研究人员已经通过各种计算和分析验证了他们的结果

彭说：“通过降低材料的维数，可以减少费米能级周围的屏蔽效应，这有利于激子的凝聚。”。“我们通过分子束外延成功地制备了单层和多层HfTe2薄膜。角分辨光电发射光谱测量显示，当厚度小于三层时，金属-绝缘体跃迁。价带顶部在低温下形成了一个平坦的带，在费米表面附近打开了一个间隙。此外，折叠带出现在该点附近，这是典型的CDW形成的特征。“

该研究团队发现的新激子绝缘体可以为进一步研究奠定基础，重点研究激子绝缘态和其他有序（如拓扑结构和自旋相关态）之间的相互作用产生的奇异量子效应在未来的工作中，彭和他的同事计划进一步研究他们观察到的量子绝缘体相，以更好地了解其潜在的物理性质

彭补充道：“与超导体中传统的库珀对不同，激子具有更大的结合能，有助于在更高的温度下凝结。”。“因此，激子绝缘体的研究对于理解高温超导和超流体等现象具有重要意义。由于激子的形成对载流子数量和带隙非常敏感，因此可以使用电门控或应变等外部刺激来精细地控制载流子浓度或带结构，从而控制有序参数。”电子空穴相干性的ter。