激子是由库仑相互作用束缚的电子-空穴对组成的准粒子，在绝缘体和半导体中都很常见。激子绝缘相首先是由诺贝尔奖获得者Mott教授于上世纪60年代理论上提出并预言的，当激子结合能（Eb）大于本征半导体的带隙（Eg）时，会出现激子绝缘相。随后，一些实验组在半导体材料中发现了异常的带隙打开现象，这被作为激子绝缘相存在的证据。2017年，?北京大学、中国科学院半导体研究所等从实验和理论两方面研究了InAs/GaSb量子阱中的拓扑激子绝缘相，其特征是带隙打开和光谱中独特的双峰结构，这成为了拓扑激子绝缘相的有力证据。然而，由于Eb?> Eg的限制，激子绝缘相通常仅出现在窄带隙半导体或半金属中。
二维材料中显著的激子效应和非常大的激子结合能，为激子绝缘体的研究带来了新的希望。单层WSe2因其位于Γ点处平的价带和较大的间接能隙，显示出独特的激子特性。间接能隙的存在会导致动量间接激子的形成，与直接激子相比，其激子寿命更长。间接激子可以表现出激子玻色-爱因斯坦凝聚（BECs）和激子超流。间接能隙和Γ点附近的平带，使1T’-WSe2单层成为激子BEC和相关多体效应的绝佳平台。
近日，中国科学院半导体研究所与浙江大学合作，通过理论计算在1T’-WSe2单层中发现了拓扑激子绝缘相的存在。研究团队基于第一性原理计算结合Bethe-Salpeter方程（BSE）揭示了拓扑激子绝缘相的存在，激子能带显示出激子能量的最小值向有限动量处移动，形成一个类Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov态，这导致了激子密度波的形成。最后，通过Gross-Pitaevskii方程的求解，进一步验证了由于X2激子的两个分支之间的干涉，在BEC区域出现了具有条纹状的激子密度波。该研究的发现为激子关联效应、非平凡拓扑，甚至二维材料中的激子超流提供了新的研究方向。
图1.拓扑激子绝缘相的计算和类似于超导的Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov态
图2.非零速度的条纹相的拓扑激子密度波
