题 目:半导体中激子失稳和自发凝聚：理论和材料

主 讲人:段文晖院士， 清华大学

时间地点：2020年10月9日（周五）下午14：30，物理楼552

摘要:激子绝缘体是以诺贝尔奖获得者Mott和Kohn为代表的理论物理学家在上世纪六十年代提出的一种自发的玻色-爱因斯坦凝聚态。它是类似于超导体和超流体的另一种宏观量子态，本质上源于凝聚态物质中电子之间的多体相互作用。当电子-空穴之间库仑结合能大于电子激发所需能量时，体系发生激子失稳，进而形成激子绝缘体相变。此时单电子图像失效，激子自发产生，类似于超导体中的电子库珀对。所不同的是，激子结合能通常远大于电子库珀对结合能，因而激子绝缘体在室温下可能依旧保持量子关联性。激子绝缘体的研究对理解超导和超流等现象具有重要的启示性意义。遗憾的是，至今缺乏一锤定音的证据。关键是缺少合适的材料。传统的间接带隙半金属材料，实验确认难。

本次报告将首先介绍激子绝缘体的概念和领域发展现状。继而介绍最近发现的在半导体性材料中发生激子失稳的条件以及相应提出的基于暗激子实现激子绝缘体的理论。利用该理论并结合第一性原理计算，我们预言二维GaAs、单层TiS₃、过渡金属卤化物和半面氢化石墨烯等是本征激子绝缘体。特别是对自旋极化体系中的激子失稳研究预言了新的物态：自旋分辨的半激子绝缘体，即，体系呈现出一个自旋为自发的激子凝聚，而另一个自旋为普通的半导体。此外，磁性体系中的三重态激子失稳亦会导致自旋超流。