近日，清華大學雒建斌 院士帶頭的劉歡、劉大猛等研究人員在二維半導體材料研究領域取得重大突破。相關研究以《Imaging multilevel exciton transport enabled by correlated electronic states》為題發表于《自然·通訊》（Nature Communications）。團隊成功實現了對激子輸運的多能級動態調控，為未來高性能邏輯運算、光子互連和光學調制技術的發展奠定了重要基礎。Montana Instruments 低溫光學系統憑借優異的性能表現，成為這項重大突破的關鍵技術支撐，其超低振動、優異的精準控溫能力等優勢，為超快光學成像技術的落地提供了重要的硬件保障。

激子，即由電子和空穴通過靜電相互作用形成的束縛對，被認為是二維半導體材料中傳輸能量和信息的理想“信使”。實現激子輸運的精準控制，是開發下一代低功耗、超快光電器件和集成激子電路的關鍵。然而，傳統的調控手段，如電場、應變或介電環境，大多依賴固定參數，難以實現靈活的動態多級調節。

在這項研究中，科研團隊創新性地開發了一種可變溫度的超快光學成像技術。團隊將飛秒瞬態吸收顯微鏡與單層二硒化鎢激子傳感器相結合，并巧妙地將其放置在具有約9.2納米莫爾超晶格的扭曲二硫化鎢雙層附近，打造出可變溫度的超快光學成像技術。這一設計使得傳感器能夠以200飛秒的時間分辨率和50納米的空間分辨率，實時“感知”并成像鄰近材料中電子態的變化。

器件結構與測量方案

研究團隊在本研究中的核心發現是，通過精確調控扭曲二硫化鎢雙層中的載流子濃度，可以驅動其從金屬態轉變為一種被稱為“廣義維格納晶體”的關聯電子絕緣態。當形成這種特殊的電子晶格時（如在填充因子 v = 1/3、1/2 和 2/3 處），材料的介電常數急劇下降，導致其周圍環境的介電無序度增加。這種變化被緊鄰的二硒化鎢傳感器敏銳地捕捉到，并顯著抑制了其中激子的輸運過程：激子的擴散系數和壽命同時降低，導致其擴散長度大幅縮短。實驗數據顯示，在分數填充態下，激子輸運的抑制程度呈現階梯式變化，且v = 1/3 和 2/3 態的臨界溫度（約40K）高于 v = 1/2 態（約20K），對應了不同晶格相的穩定性。

Wigner晶體的激子輸運傳感成像

本研究開創了動態調控激子的新模式，證明了利用材料內在的關聯電子態（如維格納晶體）可以作為一種動態、多能級的調控“旋鈕”，實現對激子輸運的精準控制，突破了傳統固定參數的限制。

本研究的另一重要意義是科研團隊開發了*的探測手段，基于Montana低溫恒溫器的超快光學成像技術，能夠以非常高的時空分辨率，無損地探測二維材料中脆弱的關聯電子態及其動力學過程，為研究玻色-費米混合體系中的光-物質相互作用開辟了新途徑。主要得益于Montana低溫光學系統的超低振動和優異的控溫特性，超快成像系統的分辨率和穩定性得到了根本保證，在本項研究中位科研人員提供了強有力的技術支持。

綜上所述，這項研究不僅深刻揭示了關聯電子態調控激子動力學的內在機理，也為未來基于激子輸運的高性能光電器件設計提供了全新的思路和可靠的技術路徑。

Montana Instruments低溫光學系統持續為低溫光學貢獻力量

Montana Instruments的產品設計圍繞穩定性、兼容性、自動化三大核心展開，技術實力經全球近2000臺裝機驗證，在中國市場保有量接近200臺，用戶遍布數十所高校和科研院所，成為國內低溫光學研究的主流選擇。

Montana Instruments低溫光學系統

設備的桌面化設計使其可直接固定于光學平臺，可與用戶共聚焦顯微鏡、拉曼光譜儀等設備無縫銜接，將傳統需數月搭建的低溫實驗縮短至數小時完成。Montana每次總能以別出心裁的設計給用戶帶來柳暗花明的實驗方案。此外，Quantum Design中國子公司可以為國內客戶提供多種低溫光譜測量的整體解決方案，讓 Montana 低溫光學系統的技術優勢與本地化服務相結合，為國內科研人員的前沿探索提供多方位、一站式的技術支持。

模塊化架構使CryoAdvance系列具有既可以作為通用系統又可以升級為專用平臺的靈活性：

• 集成CRYO-OPTIC®物鏡系統，實現低溫下NA~0.9的高分辨率成像與光譜測量。

• 搭載Magneto-Optic模塊可進行0.7 T磁場內的低溫磁場光學顯微測量。

• 快速變溫選件（最快30秒內穩定至目標溫度）將助力相變動力學等時間敏感型研究。

• OneK-Optic®模塊可在已有的CryoAdvance 100系統上升級，實現一鍵1.2K極低溫光譜測量。

超精細無液氦低溫光學系統經過多年的發展，目前全新型號有CryoAdvance 50、CryoAdvance 100、Cryostation® s200、Cryostation® s200PT供用戶選擇，并提供豐富的配套選件供選擇，可滿足用戶的各種低溫實驗。

參考文獻：

[1]. Liu, H., Chen, S., Xu, H.et al. Imaging multilevel exciton transport enabled by correlated electronic states. Nat Commun (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68868-5