ナノスケール材料：モアレヘテロ構造における強相関電子とハイブリッド励起子

二次元材料とそれらのヘテロ構造は、相関電子状態や励起子多体物理を研究する有望なプラットフォームになる。ねじれ2層グラフェンの輸送測定によって、モット絶縁体、異常金属、超伝導体など、多くの相関電子相が明らかになっている。しかし、光学分光測定におけるそうした強い電子相関の特徴は、まだ調べられていない。今回我々は、遍歴電子によって動的に遮蔽されて励起子ポーラロンを形成する励起子を分光学的手段として用いて、相互作用によって誘起される非圧縮性電子状態を調べられることを示す実験について報告する。実験には、二セレン化モリブデン/六方晶窒化ホウ素/二セレン化モリブデンヘテロ構造を用いた。この構造は、約5 meV離れた3つの層間励起子共鳴を伴う、コヒーレント正孔トンネリングを介した層内励起子の交差回避から明らかなように、長周期モアレ超格子を示す。我々は、最低モアレサブバンドの1/2充填に相当する電子密度で、強い層擬スピン常磁性を観測した。これは、小さな垂直電場を印加すると一方の二セレン化モリブデン層からもう一方の二セレン化モリブデン層へと全ての電子（約1500個）が突然移動することによって実証された。注目すべきは、2層の二セレン化モリブデン層がそれぞれ1/2充填された電子状態が、印加電場による電荷再分配に対して反発性を持つことであり、これは非圧縮性モット的電子状態の存在を実証している。今回の実験は、光学分光法によってバルクにおける強相関電子物理を調べる強力な手段が得られることを示すとともに、縮退電子と双極子励起子のボース・フェルミ混合系を調べる道を開くものである。

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