物理學(xué)家看到了一種不尋常的量子現(xiàn)象

來自維爾茨堡-德累斯頓卓越集群ct.qmat-量子物質(zhì)的復(fù)雜性和拓?fù)涞目茖W(xué)家通過實驗證實了原子級薄半導(dǎo)體中發(fā)光粒子的一種非常不尋常的運(yùn)動。被稱為激子的電子準(zhǔn)粒子似乎同時向相反的方向運(yùn)動。阿列克謝·切爾尼科夫教授——德累斯頓工業(yè)大學(xué)新任命的物理學(xué)家——和他的團(tuán)隊能夠通過在極低溫度下使用超快顯微鏡監(jiān)測移動激子的光發(fā)射來揭示這種量子現(xiàn)象的后果。這些發(fā)現(xiàn)將激子多體態(tài)的量子傳輸主題轉(zhuǎn)移到現(xiàn)代研究的焦點中。這項工作的結(jié)果已發(fā)表在《物理評論快報》雜志上。

原子薄物質(zhì)中的光發(fā)射器

Alexey Chernikov 和他的團(tuán)隊研究的量子材料只有幾個原子薄。由于這些系統(tǒng)中極強(qiáng)的相互作用，電子聚集在一起形成稱為激子的新狀態(tài)。激子的行為就像獨立的粒子，能夠高效地吸收和發(fā)射光。在原子級薄層中，它們從最低溫度(如負(fù) 268 攝氏度)到室溫都是穩(wěn)定的。

對于當(dāng)前專注于超薄物質(zhì)中激子運(yùn)動的研究項目，物理學(xué)家切爾尼科夫解釋說：“激子可以理解為一種移動的光源。像其他量子力學(xué)物體一樣，它們結(jié)合了波和粒子的特性，通過原子級薄的晶體傳播。這意味著它們既可以存儲和傳輸能量和信息，也可以將它們再次轉(zhuǎn)化為光。這讓我們對它們特別感興趣。”

在“瘋狂”準(zhǔn)粒子的蹤跡上

使用高靈敏度光學(xué)顯微鏡可以觀察原子級薄半導(dǎo)體中激子的快速運(yùn)動：“首先，我們將短激光脈沖應(yīng)用于產(chǎn)生激子的材料。然后我們使用超快探測器來觀察重新發(fā)射光的時間和地點。然而，當(dāng)我們在非常低的溫度下重復(fù)這些實驗時，準(zhǔn)粒子的運(yùn)動顯得相當(dāng)驚人，”切爾尼科夫說。

同時向兩個方向移動

到目前為止，科學(xué)界廣泛了解兩種一般類型的激子運(yùn)動：激子從一個分子“跳躍”到另一個分子(稱為跳躍的過程)——或者它們像臺球一樣“經(jīng)典地”移動，在之后改變方向。隨機(jī)散射事件。“然而，在超薄半導(dǎo)體中，激子的行為方式是我們以前從未見過的。最后，唯一可能的解釋是激子偶爾會同時沿相反方向穿過閉環(huán)。這種行為實際上是從單個電子中得知的。然而，通過實驗觀察發(fā)光激子——這是非常不尋常的，”切爾尼科夫指出。

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