右图：用白光照射该装置的示意图，用于研究层间激子的相干特性。左图：当样品掺杂后，反射率中观察到的原始单峰呈现异常形状，称为随机反共振现象。

激子是材料中电子（即带负电的粒子）与空穴（即电子缺失状态）之间的束缚态，是凝聚态物理研究的核心课题。这些束缚态可引发独特而罕见的量子物理效应，这些效应可用于开发光电和量子技术。

过去几年间，物理学家在多种双层材料（即双层结构材料）中观测到一种特殊的激子，称为层间激子。它是位于材料两个不同层中的电子和空穴之间的束缚态。

近期哈佛大学及其他机构的研究人员在由两层二硫化钼（MoS?）构成的双层半导体中，观测到层间激子之间发生了一种非常规的杂化现象。

其研究论文发表在《自然·物理》期刊上，这可能为一种长期存在理论预测却尚未被实验观测到的多体态提供了间接实验证据。

研究团队表示，在二维半导体领域，特别是基于过渡金属二硫化物的材料研究中，科学家主要沿着两个方向展开探索。

第一条路径源于这些材料具有直接带隙特性，能承载光学激子（激子是电子与空穴的束缚态，类似原子结构），使其在电光器件领域极具前景。第二条路径则基于其介电环境与可控电荷密度，使这些材料处于强相互作用二维体系——该体系在理论上尚属未知领域，但可通过实验手段进行探测。

双层结构中的层间激子具有较大的偶极矩，这意味着这些材料中的正负电荷被相对较大的距离所分离。由于这种较大的偶极矩，激子对施加的电场以及以电场形式存在的噪声具有高度敏感性和响应性。

层间激子d.c. Stark效应。

实验中，研究人员发现一个极其有趣的事，当等权重叠加这些相反偶极子时，会形成一种完全不与电场耦合的状态。

为理解并调控间接激子的相干特性，该研究团队研究了斯塔克效应，并发现样品掺杂后会出现异常行为。这一观测结果巩固了此前他们关于层间电子相干性的核心结论。

在实验中，研究团队采用光学技术检测双层半导体MoS?中层间电子的相干性。具体而言，他们用宽带白光照射双层MoS?样品，在通过栅极电压调节电子密度的同时测量反射信号。

这种光学方法具有特别强大的优势：它能让研究人员通过精确定义的光学跃迁，有选择性地探测特定自旋态和谷态。

随机层间激子混合。

此外，层间激子（即电子与空穴分别位于不同层中）对电场及其电子环境具有高度敏感性。通过仔细分析反射光谱中激子特征随电子密度、温度和磁场变化的演变规律，研究人员成功识别出层间电子相干性的明确信号。

该团队的实验观测表明，通常处于解耦状态的层间激子在样品掺杂后确实发生了杂化。这本质上意味着两种激子态“混合在一起”，产生了新的共享态。他们观测到的杂化现象极为罕见，却可能为间接电子操控激子间相干性开辟新途径。

除此研究人员还发现了层间电子相干性的间接迹象，他们指出这不仅因在无外加磁场条件下探测此类态长期以来是重大挑战而意义非凡，更因在高达75K的温度下观测到这些迹象（对应所谓的随机反共振现象）。这揭示了在较高温度下可能出现类似超流体行为的有可能性。

磁场和偏振分辨特性。

该研究团队观测到的激子杂化现象，可能是所谓激子凝聚的前兆——这种长期理论预测的集体量子态涉及多个束缚的电子-空穴对。

研究人员正尝试验证三层材料中的四极激子是否也能产生类似杂化现象，这类材料同样具有开发光电子器件的潜力。

库仑介导的层间激子混合机制。

此外，他们还在探索通过扭转各层之间的相对位置，使这种杂化从随机性转变为完全相干性。

根据研究团队的结论，这种扭转应该可以稳定序参量相，从而降低杂化过程中的随机性。同时，他们还设想开展一些实验，以深入揭示其潜在的电子多体态。

未来通过合成越来越清洁、具有更广泛载流子传输特性的半导体材料，也有助于验证团队的研究成果。例如，采用更纯净的材料进行所谓的逆流实验，有望直接观测到层间电子相干现象，而该现象正是团队近期研究中通过间接手段观测到的。

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