科学家们通过称为激子的玻色子粒子的相互作用发现了一种新的物质状态，称为“玻色子相关绝缘体”。这项研究可以为凝聚态物理的新认识和新玻色子材料的创造铺平道路。

取一个格子——由均匀的细胞组成的网格的平坦部分，就像纱窗或蜂巢一样——在上面放置另一个类似的格子。但是，不是试图将两个网格的边缘或单元对齐，而是给顶部网格一个扭曲，这样你就可以通过它看到底部网格的一部分。这种新的，第三种模式是一种莫尔条纹，在这种重叠排列的二硒化钨和二硫化钨晶格之间，加州大学圣巴巴拉分校的物理学家发现了一些有趣的材料行为。

“我们发现了一种新的物质状态——玻色子相关绝缘体，”熊richen说，他是UCSB凝聚态物理学家Chenhao Jin小组的研究生研究员，也是《科学》杂志上一篇论文的主要作者。根据熊、金和来自加州大学圣克鲁兹分校、亚利桑那州立大学和日本国家材料科学研究所的合作者的说法，这是第一次在“真实的”(而不是合成的)物质系统中制造出这种材料。这种独特的材料是一种高度有序的玻色子晶体，称为激子。

金说:“传统上，人们花了大部分精力来理解当你把许多费米子放在一起时会发生什么。”“我们工作的重点是，我们基本上用相互作用的玻色子制造了一种新材料。”

两个叠在一起，其中一个稍微偏移，形成一种新的图案，叫做moir<s:1>。图片来源:Matt Perko

玻色子。相关的。绝缘子。

亚原子粒子分为两大类:费米子和玻色子。金说，最大的区别之一是他们的行为。

“玻色子可以占据相同的能级;费米子不喜欢呆在一起，”他说。“这些行为共同构成了我们所知的宇宙。”

费米子，如电子，是我们最熟悉的物质的基础，因为它们是稳定的，并通过静电力相互作用。与此同时，玻色子，如光子(光的粒子)，往往更难创造或操纵，因为它们要么转瞬即逝，要么彼此不相互作用。

熊解释说，它们不同行为的线索在于它们不同的量子力学特征。费米子有半整数的自旋，如1/2或3/2，而玻色子有整整数的自旋(1、2等)。激子是一种带负电荷的电子(费米子)与带正电荷的相反“空穴”(另一个费米子)相结合的状态，两个半整数的自旋一起变成一个整数，形成玻色子粒子。

金实验室，从左至右:谢田，熊richen，金晨浩，Samuel L. Brantly。索尼娅·费尔南德斯

为了在他们的系统中创建和识别激子，研究人员将两个晶格分层，并用一种他们称之为“泵探光谱学”的方法向它们照射强光。来自每个晶格的粒子(来自二硫化钨的电子和来自二硫化钨的空穴)与光的结合为激子的形成和相互作用创造了有利的环境，同时允许研究人员探测这些粒子的行为。

金说:“当这些激子达到一定的密度时，它们就不能再移动了。”由于强相互作用，这些粒子在一定密度下的集体行为迫使它们进入结晶状态，并由于它们的不动性而产生绝缘效应。

“这里发生的事情是，我们发现了驱使玻色子进入高度有序状态的相关性，”熊补充说。一般来说，在超冷温度下，松散的玻色子集合会形成凝结物，但在这个系统中，在相对较高的温度下，光和密度增加以及相互作用，它们自己组织成对称的固体和电荷中性绝缘体。

这种奇异物质状态的创造证明了研究人员的莫尔粒子平台和泵浦探测光谱可以成为创造和研究玻色子材料的重要手段。

熊先生说:“费米子的多体相导致了超导性等现象。”“还有许多玻色子的多体对应物，它们也是奇异相。所以我们所做的就是创造一个平台，因为我们没有一个很好的方法来研究真实材料中的玻色子。”他补充说，虽然激子已经得到了很好的研究，但直到这个项目才有办法让激子彼此之间产生强烈的相互作用。

根据金的说法，有了他们的方法，不仅可以研究众所周知的玻色子粒子，比如激子，还可以用新的玻色子材料打开更多的窗口，进入凝聚态物质的世界。

“我们知道有些材料具有非常奇怪的特性，”他说。“凝聚态物理的一个目标是理解为什么它们具有这些丰富的特性，并找到使这些行为更可靠地出现的方法。”

参考文献:“WSe2/WS2中激子的相关绝缘子”，作者:熊richen, Jacob H. Nie, Samuel L. Brantly, Patrick Hays, Renee Sailus, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Sefaattin Tongay和Chenhao Jin, 2023年5月11日，Science。DOI: 10.1126 / science.add5574