物理學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)的復雜性和拓撲的科學家通過實驗證實了原子級薄半導體中發(fā)光粒子的一種非常不尋常的運動。被稱為激子的電子準粒子似乎同時向相反的方向運動。阿列克謝·切爾尼科夫教授——德累斯頓工業(yè)大學新任命的物理學家——和他的團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 268 攝氏度)到室溫都是穩(wěn)定的。

對于當前專注于超薄物質(zhì)中激子運動的研究項目，物理學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”準粒子的蹤跡上

使用高靈敏度光學顯微鏡可以觀察原子級薄半導體中激子的快速運動：“首先，我們將短激光脈沖應用于產(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，當我們在非常低的溫度下重復這些實驗時，準粒子的運動顯得相當驚人，”切爾尼科夫說。

同時向兩個方向移動

到目前為止，科學界廣泛了解兩種一般類型的激子運動：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。隨機散射事件。“然而，在超薄半導體中，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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