探索强相互作用下量子粒子的性质和行为是现代物理学研究的前沿领域之一。该领域不仅存在等待解决的重大未解决问题，其中一些问题已经存在了几十年(如高温超导性)。但同样重要的是，量子多体物理的各种机制基本无法用当前的分析和数值工具来实现。

因此，人们正在研究可以控制和调整粒子间相互作用的实验平台，从而实现系统探索广泛的参数范围。科学家精心设计了一些二维材料堆栈的实验平台。在过去的几年里，这些“设计的量子材料”使对相关电子态的独特研究成为可能。然而，一旦制造了堆叠，量子态间相互作用的强度通常是固定的。

现在，苏黎世联邦理工学院(ETH)量子电子研究所的Ataç Imamoğlu教授小组报告了一种解决此限制的方法。在他们发表在《科学》杂志上的文章中，他们引入了一种通用方法，可以通过应用电场来调整二维异质结构中的相互作用强度。

扭曲中的力量

自2004年首次成功分离和表征石墨烯(单层碳原子)以来，二维材料一直是固态研究的焦点。从那以后，这个领域以惊人的速度扩展，并在三年前得到了显著的推动，当时有研究表明，两个单层石墨烯彼此成小角度排列时，可以承载由电子相互作用主导的一系列有趣现象。

这种“扭曲双层”系统，也称为莫尔结构，随后科学家也使用其他二维材料创建出这种系统，最显着的是使用过渡金属二硫属元素化物(TMD)。去年，Imamoğlu组在一种TMD材料二硒化钼(MoSe2)的两个单层中加入由六方氮化硼(hBN)制成的单层屏障隔开，他们证明了其产生了莫尔结构，并出现了强关联的量子态。除了纯电子态之外，这些材料还表现出混合光与物质态，这使得能够通过光谱学来研究这种异质结构，这是石墨烯无法实现的。

尽管这些MoSe2/hBN/MoSe2异质结构提供了所有迷人的多体物理学特性，但它们与许多其他固态平台都有一个缺点：关键参数或多或少是在制造中是固定的。为了改变这种状况，由苏黎世联邦理工学院博士后Ido Schwartz和Yuya Shimazaki领导的团队现在采用了一种工具，该工具广泛用于以可调谐性、超冷原子量子气体而闻名的实验平台上。

Feshbach共振带电

Schwartz、Shimazaki和他们的同事证明可以在他们的系统中诱导出所谓的Feshbach共振。这本质上允许通过使量子实体与束缚态共振来调整量子实体间相互作用的强度。在ETH团队探索的案例中，这些边界态介于一层中的激子(使用其系统中的光学跃迁创建)和另一层中的孔之间。研究证明，当激子和空穴在空间上重叠时，后者可以隧穿到另一层并形成层间激子：空穴“分子”(见图)。至关重要的是，激子-空穴相互作用下的相关层间相互作用强度可以使用电场轻松改变。

“Feshbach分子”结合能的这种电可调性与原子系统形成对比，在原子系统中，Feshbach共振通常由磁场控制。此外，Schwartz、Shimazaki等人的实验产生了真正在2D系统中首此发现的Feshbach共振，这本身就很有趣。但更重要的可能是，现在在这种异质结构中探索电可调的Feshbach共振，应该是具有电子或空穴相干隧穿双层系统的通用特征。这意味着新推出的“调谐旋钮”可能会成为基于二维材料广泛固态平台的通用工具，它反过来可以为更多的量子多体系统实验探索开辟了有趣的视角。（编译:Qtech）