2022年，南京大學王肖沐教授和施毅教授團隊發(fā)表了一篇文章，報道了黑磷中激子Mott金屬-絕緣體轉變的光譜學和傳輸現(xiàn)象。通過光激發(fā)來不斷調控電子-空穴對的相互作用，并利用傅里葉變換光電流譜學作為探針，測量了在不同溫度和電子-空穴對密度參數(shù)空間下的電子-空穴態(tài)的綜合相圖。
【樣品&測試】
文章使用鎖相放大器OE1022對材料的傳輸特性進行測量，研究中使用了帶有雙柵結構(TG,BG)的BP器件，如圖1(a)所示，約10納米厚的BP薄膜被封裝在兩片六角形硼氮化物（hBN）薄片之間，為了保持整個結構的平整度，使用了少層石墨烯薄片來形成源極、漏極和頂柵接觸，以便在傳輸特性測量中施加恒定的電位移場。

圖一 (a)典型雙柵BP晶體管的示意圖。頂柵電壓（VTG）和底柵電壓（VBG）被施加用于控制樣品（DBP）中的載流子密度和電位移場。(b) 干涉儀設置的示意圖，其中M1，M2和BS分別代表可移動鏡子，靜止鏡子和分束器。
在實驗中，邁克耳孫干涉儀的光程被固定在零。直流光電流直接通過半導體分析儀（PDA FSpro）讀取。光電導則采用標準的低頻鎖相方案測量，即通過Keithley 6221源施加帶有直流偏置的11Hz微弱交流激勵電壓（1毫伏）至樣品，然后通過鎖相放大器（SSI OE1022）測量對應流經(jīng)樣品的電流。

圖二(a)在不同激發(fā)功率下，綜合光電流隨溫度的變化。100% P = 160 W/cm2。(b) 在每個激發(fā)功率下歸一化到最大值的光電流。(c)從傳輸特性測量中提取的與溫度T相關的電阻率指數(shù)為函數(shù)的相圖，作為T和電子-空穴對密度的函數(shù)。(d)不同電子-空穴對密度在過渡邊界附近的電阻率與溫度的關系
【總結】
該文章設計了一種帶有雙柵結構的BP器件，通過測量器件的傅里葉光電流譜和傳輸特性，觀測到從具有明顯激子躍遷的光學絕緣體到具有寬吸收帶和粒子數(shù)反轉的金屬電子-空穴等離子體相的轉變，并且還觀察到在Mott相變邊界附近，電阻率隨溫度呈線性關系的奇特金屬行為。文章的結果為研究半導體中的強相關物理提供了理想平臺，例如研究超導與激子凝聚之間的交叉現(xiàn)象。

審核編輯 黃宇