共存于量子液体中的带相反电荷粒子，是产生具有独特量子统计特性与相互作用准粒子的理想平台，也为实现理论预测的多种物质多体相提供了可能。这类体系的典型范例包括激子凝聚体、激子介导超导体、激子与三重子维格纳晶体、以及超固态等。尽管在固态系统中制备电子或空穴的量子流体较为直接，但由于电子-空穴复合效应，其混合体系本质上极不稳定。近期发展的过渡金属硫族化合物强耦合双分子层技术成功突破了这一实验瓶颈：金属电极可分别接触两个层状结构，并向其中一层注入电子、另一层注入空穴，且载流子密度可独立调控。在激子流体的基础上，如果额外加入电子或空穴，有望实现更复杂的玻色-费米混合体系，并产生新的准粒子，如三重子。三重子是由两个电子和一个空穴（负电三重子）或两个空穴和一个电子（正电三重子）构成的束缚态。此前，三重子仅在光学激发下作为瞬态粒子被观测到，能否形成稳定的、处于热力学平衡态的三重子液体，是一个悬而未决的重大科学问题。
二、【创新成果】
基于此，美国康奈尔大学Kin Fai Mak（麦健辉）教授和单杰教授联合在Science上发表了题为“An equilibrium trion liquid in atomic double layers”的论文，报道了在库仑耦合的MoSe2与WSe2单层结构中平衡态三重子液体的发现。通过将WSe2中的空穴密度电学调控至MoSe2电子密度的两倍，研究人员成功在低于费米温度两个数量级的温区下，制备出结合能处于毫电子伏特量级的平衡态层间三重子。随后研究人员展示了从三重子液体到电子-空穴等离子体的密度调控量子相变，以及塞曼场诱导的三重子解离现象。本研究为探索包括激子介导配对、非常规三重子与费米极化子金属、以及三重子-极化子交叉态在内的量子多体现象开辟了新路径。
三、【图文解析】
图1 库仑耦合电子–空穴双层结构 © 2025 AAAS
图2 简并三重子液体 © 2025 AAAS
图3 三重子内的自旋单态关联 © 2025 AAAS
图4 塞曼场诱导的三重子解离 © 2025 AAAS
四、【科学启迪】
综上，本研究首次观测到在库仑耦合的MoSe2/WSe2电子-空穴双层结构中，当空穴密度p=2n时出现了平衡态三重子液体。该三重子液体具有可压缩性，其结合能处于毫电子伏特量级。磁光学研究表明，正电三重子中的两个空穴具有自旋单态关联。研究人员进一步展示了从三重子液体到电子—空穴等离子体的密度调控与磁场调控量子相变。本研究为将三重子的研究从瞬态的光学激发领域，拓展到了平衡态多体物理的领域，为探索三重子的独特传输现象（如三重子量子振荡和三重子霍尔效应）以及三重子的量子多体态（如三重子维格纳晶体和三重子库珀对）开辟了新的道路。
原文详情：An equilibrium trion liquid in atomic double layers (Science 2025, 390, 304-307.)
本文由大兵哥供稿。
