物性物理学：二次元二原子層における高温励起子凝縮の証拠

ボース・アインシュタイン凝縮体は、絶対零度に近い温度に冷却された原子などの、希薄ボース気体の基底状態である。励起子（束縛された電子–正孔対）は、質量がはるかに小さいため、かなり高い温度で凝縮すると予想されている。励起子結合が非常に強い二次元ファンデルワールス半導体は、高温励起子凝縮の研究に理想的な系である。今回我々は、MoSe₂–WSe₂二原子層において電気的に生成した層間励起子を調べた（励起子の密度は最大10¹² cm⁻²）。層間トンネル電流は励起子密度のみに依存しており、これは相関電子–正孔対トンネリングの存在を示している。正孔がWSe₂からトンネルしてMoSe₂中の電子と再結合すると、強いエレクトロルミネッセンスが生じる。我々は、エレクトロルミネッセンス強度が励起子密度に対して臨界しきい値依存性を示し、このしきい値付近でスーパーポアソン光子統計を伴うことと、電子密度と正孔密度が等しいときにピーク幅の狭い大きなエレクトロルミネッセンス増強が生じることを観測した。この現象は100 Kを超える温度でも持続し、臨界凝縮温度の予測と一致している。今回の研究結果は、二次元二原子層における層間励起子凝縮の証拠を提示するとともに、凝縮体を用いてオプトエレクトロニクスや励起子媒介高温超伝導を調べる機会を開くものである。

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