今天要给大家介绍一对神仙夫妻档，来自康奈尔大学的麦健辉（Kin Fai Mak）教授和单杰教授。目前两人同时在康奈尔大学工作。主要研究方向为探索原子级薄材料及其异质结构中的新物理现象，包括光谱学；二维量子材料及其异质结构；固体中的Berry曲率效应；二维超导和激子凝聚；磁性; 强相关物理学。迄今为止已发表10篇Nature和30余篇Nature大子刊（Nature Materials、Nature Nanotechnology、Nature Physics、Nature Photonics）。
图1. 神仙夫妻档：单杰教授（左）和麦健辉教授（右）近一周，他们携手接连在《Nature Nanotechnology》和《Nature Material》上发表了相关成果，下面，小编就带大家来了解一下他们的最新成果。1.《Nature Nanotechnology》：维格纳-莫特绝缘体中磁相互作用受挫的证据由半导体过渡金属二硫化物（TMDs）形成的莫尔结构实现了扩展的哈伯德模型。最近在强相关极限下观察到了相关的绝缘态，其中包括莫特绝缘体和维格纳-莫特绝缘体。这些相关绝缘体的基态和低能激发态是由局部自旋之间的磁交换相互作用定义的。与真正的固体相比，摩尔晶格中的电子经历的周期性电位要弱得多，可以很好地近似于谐波电位，而Wannier函数延伸到一个单元格的相当大的部分。这使得交换相互作用的非局部贡献通常在原子尺度的Hubbard系统中可以忽略不计。最近的理论研究表明，可以调整铁磁（FM）直接交换贡献与反铁磁（AF）超交换贡献竞争，以诱导丰富的相图。然而，非局域相互作用对摩尔里自旋物理学的影响需要通过实验来检验。2023年1月16日，单杰教授和麦健辉教授报告了Wigner-Mott绝缘体中的强挫折磁相互作用的证据，在角度对齐的WSe 中填充到三分之二（2/3）Se2/WS2双层的莫尔晶格。磁光测量表明，净交换相互作用在填充系数低于1时是反铁磁性的，在2/3的填充时有强烈的抑制。这种抑制是在长程库仑相互作用的筛选和Wigner-Mott绝缘体被附近的金属门熔化的情况下解除的。这些结果可以被一个具有反铁磁近邻耦合和铁磁第二近邻耦合的蜂窝状自旋模型定性地捕获。此研究将半导体摩尔材料确立为晶格自旋物理学和受挫磁性的模型系统。作者把重点放在莫尔晶格三分之二填充的Wigner-Mott绝缘体状态上，通过磁光测量揭示角度对齐的Se2/WS2双层中的受挫磁相互作用（图1）。双层形成了一个周期约为8纳米的三角形莫尔格和一个II型带状排列（图1b）。最上面的莫尔价带的物理学可以被映射到一个单带三角晶格哈伯德模型，该模型具有锁定的自旋谷伪自旋。电子Wannier函数的大小约为2纳米。该系统处于强相关极限，其近邻跳跃常数远远小于现场和近邻库仑斥力。作者通过Wigner-Mott绝缘体在ν=2/3时强烈抑制的AF交换，揭示了半导体莫尔双层在强相互作用极限下的受挫的磁相互作用。作者没有观察到在1/3和2/3之间的其他相称分数填充物的净交换相互作用的任何明显的增强或抑制，对于这些电荷有序的状态已经被报道。总的来说，在一般填充物的扩展哈伯德系统中的磁相互作用是一个复杂的问题。未来的研究需要更好地了解在电荷有序、向列性和流动电子存在下的磁交换机制。2.《Nature Materials》：库仑耦合双摩尔格中的激子密度波莫尔材料已经成为一个用于探索大量的相关电子状态高度可控的量子系统。莫特绝缘体和广义的维格纳晶体已经被证明是在半导体过渡金属二硫化物双层中形成的莫尔晶格的电子。然而，由于激子寿命较短，强相关的激子一般不能在单个莫尔晶格中实现。两个由薄壁垒隔开的对称莫尔晶格已被提出来实现晶格中的激子流体（图1a-c）。这里的激子是一个晶格中的电子和另一个晶格中的空位（"空穴"）的结合状态；两者都是在最低的莫尔细带中，由主半导体的传导带形成。当每个晶格中的电子关联性很强，并且晶格间距d与摩尔纹周期aM相比很小时，强结合是可以预见的。类似于没有晶格的库仑耦合电子-空穴双层的情况，空间分离的双晶格结构大大抑制了层间电子隧道，并允许在热平衡中研究强相关的激子。许多玻色子相，包括激子莫特绝缘体、威格纳固体、超流体和超固体，已经被预测出来。虽然晶格中的强相关玻色子已经在冷原子实验中进行了研究，但它们在固态系统中的实现仍然具有挑战性。2023年1月12日，麦健辉教授和单杰教授在一个由双层WSe2/WS2提供的角度对齐的WS2晶格中捕获了由束缚电子-空穴对组成的玻色子。该异质结构在顶部和底部界面支持周期几乎相同的库仑耦合三角摩尔格子。当两个晶格的组合电子填充因子为1/3,2/3,4/3和5/3时，可以观察到相关的绝缘状态。这些状态可以被解释为激子和空穴的玻色-费米混合物中的激子密度波。由于成分之间的强排斥性相互作用，空穴形成强大的广义维格纳晶体，它将激子流体限制在自发打破晶格的平移对称性的通道上。结果表明，库仑耦合莫尔晶格是相关多玻色子现象的沃土。作者已经观察到了在两个库仑耦合的莫尔晶填充为1/3、2/3、4/3和5/3的激子绝缘态。观察这些状态需要每个晶格内和两个晶格之间有很强的电子相关性，这两个晶格的间距很近（d≪aM），但在电子上是解耦的。只要两个晶格的相对位移是均匀的，并且低于莫尔晶格中Wannier函数的大小（约2-3纳米），就不需要两个晶格的完美对齐。这里展示的耦合莫尔晶格为寻找奇异的多玻色子现象打开了新的大门。在弱失序极限下，它们有望在基态拥有有限的超流体密度，因此是超固体。这些状态提供了一条途径，通过在未来的热传输和电荷逆流实验中展示自发的激子相干性来实现激子的超固态。麦建辉教授，2005年毕业于香港科技大学，2010年获美国哥伦比亚大学物理学博士，随后分别在哥伦比亚大学和康奈尔大学纳米尺度科学研究所从事博士后研究。2014-2018年，以助理教授身份加入宾州州立大学物理系。2018年入职康奈尔大学应用与工程物理系。自2019年至今，任职教授。麦教授先后获得2012年IUPAP 青年科学家奖、2014年国际纯物理与应用物理联合会（IUPAP）量子电子学年轻科学家奖、2015年联邦能源部年轻研究奖及2016年美国空军年轻学者奖。其主要研究方向为探索原子级薄材料及其异质结构中的新物理现象，包括光谱学；二维量子材料及其异质结构；固体中的Berry曲率效应；二维超导和激子凝聚；磁性; 强相关物理学。迄今为止，已经在Nature、Nature Materials、Nature Nanotechnology、Nature Physics、Nature Photonics等著名期刊发表论文百余篇，引用次数超46944，H-index 58。单杰，1996 年获得俄罗斯莫斯科国立大学数学与物理专业文凭和博士学位。2001年获得哥伦比亚大学物理学博士学位。2002-2014年，在凯斯西储大学担任物理学助理和副教授；2014 - 2017 年，宾夕法尼亚州立大学副教授和正教授；2018 年加入康奈尔大学应用与工程物理学院，担任正教授。单杰教授的研究重点是纳米材料的光学和电子特性，特别是原子级薄的二维晶体（如石墨烯和二硫化钼）及其异质结构。迄今已在Nature、Physical review letters、Nature Nanotechnology、Nature Physics、Nature Photonics等著名期刊发表论文百余篇，引用次数46169，H-index 64。--纤维素推荐--
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