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Superconductivity Induced by Strong Electron-Exciton Coupling in Doped Atomically Thin Semiconductor Heterostructures
Physical Review Letters ( IF 8.1 ) Pub Date : 2024-11-27 , DOI: 10.1103/physrevlett.133.226903 Jonas von Milczewski, Xin Chen, Atac Imamoglu, Richard Schmidt
Physical Review Letters ( IF 8.1 ) Pub Date : 2024-11-27 , DOI: 10.1103/physrevlett.133.226903 Jonas von Milczewski, Xin Chen, Atac Imamoglu, Richard Schmidt
We study a mechanism to induce superconductivity in atomically thin semiconductors where excitons mediate an effective attraction between electrons. Our model includes interaction effects beyond the paradigm of phonon-mediated superconductivity and connects to the well-established limits of Bose and Fermi polarons. By accounting for the strong-coupling physics of trions, we find that the effective electron-exciton interaction develops a strong frequency and momentum dependence accompanied by the system undergoing an emerging BCS-BEC crossover from weakly bound s-wave Cooper pairs to a superfluid of bipolarons. Even at strong-coupling the bipolarons remain relatively light, resulting in critical temperatures of up to 10% of the Fermi temperature. This renders heterostructures of two-dimensional materials a promising candidate to realize superconductivity at high critical temperatures set by electron doping and trion binding energies. Published by the American Physical Society 2024
中文翻译:
掺杂原子薄半导体异质结构中强电子-激子耦合诱导的超导性
我们研究了一种在原子薄半导体中诱导超导性的机制,其中激子介导电子之间的有效吸引。我们的模型包括超越声子介导超导范式的相互作用效应,并与 Bose 和 Fermi 极化子的公认极限相关联。通过解释 trion 的强耦合物理学,我们发现有效的电子-激子相互作用产生了很强的频率和动量依赖性,伴随着系统经历从弱结合 s 波 Cooper 对到双极化子超流体的新兴 BCS-BEC 交叉。即使在强耦合下,双极化子也保持相对较轻,导致临界温度高达费米温度的 10%。这使得二维材料的异质结构成为在电子掺杂和三子结合能设定的高临界温度下实现超导性的有前途的候选者。 美国物理学会 2024 年出版
更新日期:2024-11-27
中文翻译:
掺杂原子薄半导体异质结构中强电子-激子耦合诱导的超导性
我们研究了一种在原子薄半导体中诱导超导性的机制,其中激子介导电子之间的有效吸引。我们的模型包括超越声子介导超导范式的相互作用效应,并与 Bose 和 Fermi 极化子的公认极限相关联。通过解释 trion 的强耦合物理学,我们发现有效的电子-激子相互作用产生了很强的频率和动量依赖性,伴随着系统经历从弱结合 s 波 Cooper 对到双极化子超流体的新兴 BCS-BEC 交叉。即使在强耦合下,双极化子也保持相对较轻,导致临界温度高达费米温度的 10%。这使得二维材料的异质结构成为在电子掺杂和三子结合能设定的高临界温度下实现超导性的有前途的候选者。 美国物理学会 2024 年出版