激子絕緣體（EI）是固體中由庫侖相互作用束縛的電子-空穴對（激子）發生玻色-愛因斯坦凝聚（BEC）的宏觀量子體系。激子絕緣體的材料實現是科學界爭議的難題，其主要難點在于缺乏確切的實驗證據將激子絕緣體與傳統電荷密度波（CDW）態區分開來。在激子凝聚的BEC極限中，特有的預形成激子機制是區分EI與傳統CDW的重要標志，但目前仍缺乏直接的實驗證據。 

　　近日，中國科學院微系統與信息技術研究所唐述杰團隊、美國斯坦福大學沈志勛團隊與美國勞倫斯伯克利國家實驗室教授Sung-Kwan Mo合作，利用分子束外延（MBE）技術實現高質量單層1T-ZrTe₂薄膜制備，并通過角分辨光電子能譜（ARPES）和掃描隧道顯微鏡（STM），揭示了BEC極限下預形成激子氣相存在的實驗證據。相關研究成果以Signatures of the exciton gas phase and its condensation in monolayer 1T-ZrTe₂為題，發表在《自然-通訊》（Nature communications）上。 

　　在本研究使用ARPES和STM確認了單層1T-ZrTe₂中存在2×2 CDW基態。進一步，研究通過多手段的載流子調制實現電子相互作用抑制，揭示了1T-ZrTe₂在CDW轉變溫度T_c以上并不會直接進入正常態，而是存在一個關聯性顯著影響的中間態。同時，中間態表現出奇特的能帶和能量依賴折疊行為，證實是在激子凝聚進入CDW態之前的預形成激子氣相的特征。研究表明：單層1T-ZrTe₂是具有高度可調制電子結構的EI候選材料，為探究激子效應提供了二維平臺；其層狀性質有利于構建范德華異質結構，在開發激子效應方面具有廣闊的應用前景，例如利用磁性實現自旋超流。 

　　上海微系統所為第一完成單位。研究工作得到國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項（B類）、上海市啟明星計劃等的支持。 

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圖1.外延生長單層1T-ZrTe₂中CDW態的溫度演化 

圖2.CDW態的兩步形成過程和激子效應