量子自旋霍爾絕緣體 （QSHIs）具有絕緣體相 帶 隙和無 帶 隙邊緣態(tài)，支持邊緣的非耗散螺旋 輸運 ，這是由于它們 具有 非平庸的能帶拓撲。與超導體類似， 激子絕緣體 （EIs）是近年來備受關(guān)注的另一種量子態(tài)。它是由Keldysh和Kopaev、Kohn和Jérome等人在20世紀60年代提出的，其由一個相組成， 當激子結(jié)合能E _b 超過帶隙E _g 時， 由電子-空穴對組成的束縛激子形成凝聚態(tài) 。在 激子絕緣體 中，可檢測的準粒子帶隙打開類似于超導體，但不存在電荷輸運，這阻礙了通過輸運測量進行實驗檢測。

目前已有幾個實驗顯示了 激子絕緣體，包括 在 1T-TiSe ₂ 和 Ta ₂ NiSe ₅ 等具有晶格不穩(wěn)定性的材料中，在 InAs/GaSb量子阱 和 MoS e ₂ /WS e ₂ 雙層 等人工異質(zhì)結(jié)中，以及在穩(wěn)定的 單層WT e ₂ 中。盡管如此，但仍然缺乏識別 激子絕緣體 相的系統(tǒng)策略。

在此研究中，利用第一性原理多體微擾理論（GW+BSE），作者證明了 激子絕緣體 可以存在于帶隙非零的 量子自旋霍爾絕緣體 AsO和Mo ₂ TiC ₂ O ₂ 中 。它們的單粒子拓撲性質(zhì)可以用 相同的 低能模型來描述，并且證明了 由于非平庸的能帶幾何 結(jié)構(gòu) ，該模型中的 激子絕緣體 相是自旋三重態(tài) 類型 。旋轉(zhuǎn)對稱性被s波 激子絕緣體序參量 打破， 各向異性吸收和可能的晶格重構(gòu)可以 作為自旋三重態(tài)拓撲 激子絕緣體 相的特征 。當實現(xiàn) 激子絕緣體 時，大量的自旋三重態(tài)激子自發(fā)出現(xiàn)，并且可以觀察到激子自旋霍爾效應(yīng)。 激子絕緣體 和拓撲之間的耦合也意味著豐富的物理可以存在于保留多種特征的材料中。

圖4  (a) 拓撲 激子絕緣體 相的 Wilson 環(huán)計算結(jié)果；(b) 不同極化方向下ω=0.4 eV處的吸收強度；(c) 激子自旋霍爾效應(yīng)示意圖；(d) 靜態(tài)自旋霍爾電導率

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