2022年南京大学王肖沐教授和施毅教授团队发表了一篇文章报道了黑磷中激子Mott金属-绝缘体转变的光谱学和传输现象。通过光激发来不断调控电子-空穴对的相互作用并利用傅里叶变换光电流谱学作为探针测量了在不同温度和电子-空穴对密度参数空间下的电子-空穴态的综合相图。【样品 测试】文章使用锁相放大器OE1022对材料的传输特性进行测量研究中使用了带有双栅结构(TG,BG)的BP器件如图1(a)所示约10纳米厚的BP薄膜被封装在两片六角形硼氮化物hBN薄片之间为了保持整个结构的平整度使用了少层石墨烯薄片来形成源极、漏极和顶栅接触以便在传输特性测量中施加恒定的电位移场。图一 (a)典型双栅BP晶体管的示意图。顶栅电压VTG和底栅电压VBG被施加用于控制样品DBP中的载流子密度和电位移场。(b) 干涉仪设置的示意图其中M1M2和BS分别代表可移动镜子静止镜子和分束器。在实验中迈克耳孙干涉仪的光程被固定在零。直流光电流直接通过半导体分析仪PDA FSpro读取。光电导则采用标准的低频锁相方案测量即通过Keithley 6221源施加带有直流偏置的11Hz微弱交流激励电压1毫伏至样品然后通过锁相放大器SSI OE1022测量对应流经样品的电流。图二(a)在不同激发功率下综合光电流随温度的变化。100% P 160 W/cm²。(b) 在每个激发功率下归一化到最大值的光电流。©从传输特性测量中提取的与温度T相关的电阻率指数为函数的相图作为T和电子-空穴对密度的函数。(d)不同电子-空穴对密度在过渡边界附近的电阻率与温度的关系【总结】该文章设计了一种带有双栅结构的BP器件通过测量器件的傅里叶光电流谱和传输特性观测到从具有明显激子跃迁的光学绝缘体到具有宽吸收带和粒子数反转的金属电子-空穴等离子体相的转变并且还观察到在Mott相变边界附近电阻率随温度呈线性关系的奇特金属行为。文章的结果为研究半导体中的强相关物理提供了理想平台例如研究超导与激子凝聚之间的交叉现象。