激子絕緣體是一種由強關(guān)聯(lián)電子-空穴對（激子）組成的量子態(tài)，其特性介于絕緣體與超流體之間。理論預(yù)測，在二維電子-空穴雙層系統(tǒng)中，當(dāng)層間距離遠(yuǎn)小于層內(nèi)粒子間距時，電子和空穴可通過庫侖相互作用形成間接激子，并在低溫下呈現(xiàn)超流體或玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)。然而，這類量子態(tài)的觀測長期受限于傳統(tǒng)電學(xué)測量的技術(shù)瓶頸，例如過渡金屬硫族化合物（TMD）材料的高接觸電阻和低摻雜下的載流子屏蔽效應(yīng)。

近期，加州大學(xué)伯克利分校王楓/Andrew Y. Joe團隊在《科學(xué)》雜志發(fā)表題為“Perfect Coulomb drag and exciton transport in an excitonic insulator”的研究結(jié)果，通過創(chuàng)新的光學(xué)測量技術(shù)，突破性的在無外加磁場的MoSe?/hBN/WSe?異質(zhì)結(jié)構(gòu)中觀測到完美庫侖拖拽效應(yīng)，并揭示了激子絕緣體相中獨特的輸運行為。這一發(fā)現(xiàn)不僅深化了對強關(guān)聯(lián)激子體系的理解，還為未來開發(fā)基于激子的低能耗電子器件提供了新思路。

研究團隊構(gòu)建了由單層MoSe?（電子層）和單層WSe?（空穴層）組成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，中間以3 nm厚的六方氮化硼（hBN）作為隧穿勢壘（圖2A）。通過雙門控設(shè)計（頂部石墨烯柵極和底部雙柵極），精確調(diào)控電子和空穴的密度（圖2C-D）。

用戶在OptiCool系統(tǒng)中采用光學(xué)反射光譜測量結(jié)合電容驅(qū)動方法創(chuàng)造性的對激子絕緣體相中獨特輸運行為進(jìn)行了高精度的測量。

本研究中，研究者在低溫下觀測到了完美的庫侖拖拽。在低溫和電子-空穴密度平衡條件下，驅(qū)動層（空穴層）的電流會引發(fā)拖拽層（電子層）產(chǎn)生完全反向且等量的電流。這一現(xiàn)象僅在激子絕緣體相中顯著，表明激子主導(dǎo)了輸運過程。

本研究開發(fā)的光學(xué)測量方法為低維強關(guān)聯(lián)體系的研究提供了新工具，尤其適用于難以制備電學(xué)接觸的高質(zhì)量TMD異質(zhì)結(jié)構(gòu)。該光學(xué)技術(shù)可擴展至其他量子材料體系，為探索關(guān)聯(lián)電子態(tài)開辟新路徑。完美庫侖拖拽效應(yīng)可用于設(shè)計高效能量轉(zhuǎn)換器件，例如激子晶體管或量子信息處理器。研究團隊指出，未來通過優(yōu)化樣品質(zhì)量（如降低缺陷密度）或探索其他二維材料組合（如扭曲雙層結(jié)構(gòu)），有望實現(xiàn)更高溫度的激子超流體態(tài)。此外，這項研究不僅揭示了二維激子絕緣體的獨特輸運行為，更展示了光學(xué)手段在量子材料研究中的強大潛力，為下一代電子器件的開發(fā)奠定了重要基礎(chǔ)。