ナノスケール材料：自立ヘテロ2層における層間励起子の相互作用の増強

層間励起子（IX）の間の強い長距離双極子–双極子相互作用は新しい多粒子相関領域につながる可能性があり、こうした領域は、系を双極子液体、結晶、超流動体などの独特な量子相や古典相へと駆動する。半導体2層におけるIX間には、斥力双極子–双極子相互作用と引力双極子–双極子相互作用の両方が理論的に予測されているが、実験的にはこれまで斥力相互作用しか報告されていない。今回我々は、自立したねじれ（51°、53°、45°）二セレン化タングステン/二硫化タングステン（WSe₂/WS₂）ヘテロ2層を調べ、IX間の双極子相互作用の性質が斥力から引力へと変化することを観測した。これは、量子交換相関効果に起因し、理論的には予測されていたが実験的にはこれまで全く観測されていなかった、2つのIXによって形成されるロバストな層間2励起子相の出現につながった。自立ヘテロ2層における誘電遮蔽の低減は、IXの形成効率の大幅な向上をもたらしだけでなく、双極子–双極子相互作用を大きく増強し、これによって、二次元量子限界での純粋なIXの多体相関の観測が可能になった。加えて我々は、良好に配列した自立WSe₂/WS₂ヘテロ2層において、モアレ捕捉されたIXからの数本の発光ピークを室温で初めて観測した。今回の知見は、非線形光学に応用できる可能性がある新しい量子相の探索に道を開くものである。

目次へ戻る