能谷自由度是指布洛赫电子在动量空间中不等价的能量极值点，是能谷电子学的基本信息编码载体。在二维过渡金属硫族化合物半导体中，该自由度可继承到由强库伦相互作用束缚的电子-空穴对中，形成能谷激子。能谷激子具有光学选择定则，可通过控制泵浦光源的圆偏振性来激发，从而使得能谷自由度的操控成为可能。但在二维过渡金属硫族化合物半导体中，强交换相互作用导致不同能谷发生耦合，进而导致其能谷激子处于量子叠加态。理论上处于该量子叠加的能谷激子态应具有线偏振光辐射行为（图a），而这与通常在偏振分辨的光学实验中观测到的圆偏振光辐射行为相矛盾。

针对上述问题，湖南大学童庆军教授团队通过引入实验中泵浦光源引起的能谷激子产生与湮灭过程，建立了一套能谷激子的非厄米理论。该理论揭示了一种由非厄米体系中宇称-时间对称性破缺诱导的反常能谷极化激子态（图b）。该反常量子态可解释实验中观察到的圆偏振光辐射行为。进一步研究表明，随着激子动量的增加，宇称-时间对称性会重新恢复，这时能谷激子会恢复其能谷相干性。但与厄米能谷激子理论预测不同，这些非厄米能谷激子所辐射光的线偏振方向是非正交的，甚至在奇异点处变为平行。同时，我们的非厄米能谷激子理论表明能谷激子具有非零的贝利曲率，进而可展现出新奇的拓扑霍尔输运行为（图c）。该工作不仅揭示了能谷激子新的光学与输运特性，也为非厄米物理研究提供了新的固态量子平台。

相关研究成果以《Non-Hermitian Theory of Valley Excitons in Two-Dimensional Semiconductors》为题发表在《物理评论快报》(Physics Review Letters)，湖南大学物理与微电子科学学院为论文唯一单位，博士生王秋同和助理教授李辞为共同第一作者，童庆军教授为通讯作者。该工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。

论文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.236902

来源：物电院

编辑：付元梦

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