研究快讯 | 单层有机-无机杂化卤化铅钙钛矿中的激子涡旋

来源：中国物理学会期刊网

原文已发表在CPL Express Letters栏目Received 2 October 2020; online 8 November 2020EXPRESS LETTERExciton Vortices in Two-Dimensional Hybrid Perovskite MonolayersYingda Chen (陈颖达), Dong Zhang (张东), and Kai Chang (常凯)Chin. Phys. Lett. 2020, 37 (11): 117102文章亮点理论预言了有机-无机杂化的卤化铅钙钛矿单层材料中的激子玻色-爱因斯坦凝聚及激子涡旋态，为实验观测提供了理论指导。单层有机-无机杂化卤化铅钙钛矿中的激子涡旋研究背景激子是广泛存在于固体体系中的电中性准粒子，在低浓度下可看做组合玻色子，服从玻色-爱因斯坦统计。激子不仅对材料光学性质至关重要，也是研究低温下玻色-爱因斯坦凝聚（Bose-Einstein Condensation, BEC）的重要对象。在BEC转变临界温度以下，凝聚状态的玻色子相位相干，从而表现出超流态、涡旋态等宏观量子效应。长期以来，玻色子BEC涡旋态的观测集中于冷原子、光晶格等极低温体系。激子的BEC涡旋有望在相对较高转变温度的固体体系中实现，但要求激子具有足够强的束缚能与足够长的寿命。近年来蓬勃发展的有机-无机杂化卤化铅钙钛矿体系给我们提供了新的可能。该类材料中二维有机层与无机层交替堆叠，是天然的量子阱结构。这样的结构中库仑相互作用无法被有效屏蔽，其激子束缚能可达数百毫电子伏。同时，实验观测，即使存在较高浓度的杂质与缺陷，该类材料的激子寿命仍高达2纳秒，满足实现激子BEC的先决条件。内容简介最近，中国科学院半导体研究所常凯院士研究组理论预言了有机-无机杂化的卤化铅钙钛矿材料(PEA)2PbI4单层中的激子凝聚与涡旋态。他们的理论计算表明，单层(PEA)2PbI4材料的激子束缚能约为240 meV，而BEC临界温度可达104 K。施加任意大小的垂直方向外电场即可使激子偶极同向排布，激子-激子偶极互作用主要表现为排斥互作用，从而使激子的BEC凝聚出现非线性的行为。考虑实际的钙钛矿样品具有不规则的边界，不规则边界可带来非零的局域角速度。在激光持续的泵浦下，激子的凝聚逐渐演化出激子涡旋态，并最终达到稳定。涡旋态的演化时间和钙钛矿中激子寿命相当，可以被实验观测到。研究意义和重要性有机-无机杂化卤化铅钙钛矿材料长期以来因其太阳能电池产业前景受到广泛关注。此项研究结合宏观量子效应，为钙钛矿研究打开了新思路。左：激光泵浦单层(PEA)2PbI4材料，右：单层(PEA)2PbI4材料中激子涡旋态。原文链接HTMLPDF研究快讯集锦反应率加权的多层核反应网络X0(2900)和X1(2900)：强子分子态或者紧束缚四夸克态？基于标准四电极法研究笼型富氢化物LaH10的高温超导电性原子厚度磁性双层中的巨大自旋转移矩双层CrI3铁磁耦合效应的增强爱因斯坦热随机行走模型的重生：一个可以计算液体与非晶固体热导率的统一公式双轨道量子反常霍尔模型超导序参量的压力调控量子自旋液体候选材料NaYbSe2中高压诱导的莫特相变和超导电性(Li0.84Fe0.16)OHFe0.98Se的准粒子超快动力学和电-声子耦合大腔体压机的超高压关键技术突破长程相互作用效应和形状效应在高密度下的耦合高压调控准1维Ba9Fe3Te15的结构-自旋-输运性质空间反演对称体系中隐藏自旋极化的对称性保护利用加权迁移率和品质因数预测P型SnS晶体的潜在热电性能热传导对流系统中的负热输运现象中国取得铌酸锂光波导制备技术突破芳香族多肽的自组装纤维具有超强抗磁性石墨烯-铁磁体界面处Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的起源：层内RKKY/BR相互作用黑磷中费米子的高温霍金辐射在硅衬底上外延生长的铁磁性MnSn单层三维细胞内的准二维扩散现象拓扑反铁磁绝缘体Mn2Bi2Te5中的强动力学轴子场一种实现高速大规模离子型量子计算的二维架构氧化石墨烯的全新认识：水分子吸附可致氧化石墨烯常温下转换成自发动态共价材料本征磁性拓扑绝缘体的高压原位研究金属的油腻表叔——找到了量⼦共振搜索热力学量子物质中的虚时间晶体面向稳态托卡马克聚变堆改善高极向比压等离子体约束性能的新途径热拉拔金属玻璃微丝的“年轻化”效应量子纠缠谱的临界标度单层T-Graphene的超导及其合成路径金刚石对顶砧中NV中心实现的高压原位磁测量内禀磁性拓扑绝缘体的实验实现拓扑超导体(Li,Fe)OHFeSe磁通中心马约拉纳零能模的量子化电导新量子自旋液体候选材料Cu3Zn(OH)6FCl稀土硫族化合物：三角格子量子自旋液体材料的大家族量子反常霍尔效应多层结构的实验实现本文经授权转载自《ChinesePhysicsLetters》微信公众号▼往期精彩回顾▼1.磁性量子相变2.拓扑近藤绝缘体3.拓扑近藤半金属4.重费米子超导5.两只“量子柴郡猫”笑脸的无接触交换6.地球自转和倾角的实时测量7.奋斗 机遇 物理 (中) | 郝柏林8.诺奖得主史蒂文·温伯格：科学能够解释一切吗？9.这不是永动机，这叫时间晶体10.认认真真做学问 实实在在作贡献——我所知道的戴元本先生