Searching for Unconventional Superfluid in Excitons of Monolayer Semiconductors

过剩 激子 单层 半导体 凝聚态物理 物理 材料科学 量子力学 纳米技术
作者
Wei J. Chen,Chun-Jiong Huang,Qizhong Zhu
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:131 (23): 236004-236004 被引量:4
标识
DOI:10.1103/physrevlett.131.236004
摘要

It is well known that two-dimensional (2D) bosons in homogeneous space cannot undergo real Bose-Einstein condensation, and the superfluid to normal phase transition is Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT) type, associated with vortex-antivortex pair unbinding. Here we point out a 2D bosonic system whose low energy physics goes beyond conventional paradigm of 2D homogeneous bosons, i.e., intralayer excitons in monolayer transition metal dichalcogenides. With intrinsic valley-orbit coupling and valley Zeeman energy, exciton dispersion becomes linear at small momentum, giving rise to a series of novel features. The critical temperature of Bose-Einstein condensation of these excitons is nonzero, suggesting true long-range order in 2D homogeneous system. The dispersion of Goldstone mode at long wavelength has the form ϵ(q)∼sqrt[q], in contrast to conventional linear phonon spectrum. The vortex energy deviates from the usual logarithmic form with respect to system size, but instead has an additional linear term. Superfluid to normal phase transition is no longer BKT type for system size beyond a characteristic scale, without discontinuous jump in superfluid density. With the recent experimental progress on exciton fluid at thermal equilibrium in monolayer semiconductors, our work points out an experimentally accessible system to search for unconventional 2D superfluids beyond BKT paradigm.

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