物理学家看到了一种不寻常的量子现象

来自维尔茨堡-德累斯顿卓越集群ct.qmat-量子物质的复杂性和拓扑的科学家通过实验证实了原子级薄半导体中发光粒子的一种非常不寻常的运动。被称为激子的电子准粒子似乎同时向相反的方向运动。阿列克谢·切尔尼科夫教授——德累斯顿工业大学新任命的物理学家——和他的团队能够通过在极低温度下使用超快显微镜监测移动激子的光发射来揭示这种量子现象的后果。这些发现将激子多体态的量子传输主题转移到现代研究的焦点中。这项工作的结果已发表在《物理评论快报》杂志上。

原子薄物质中的光发射器

Alexey Chernikov 和他的团队研究的量子材料只有几个原子薄。由于这些系统中极强的相互作用，电子聚集在一起形成称为激子的新状态。激子的行为就像独立的粒子，能够高效地吸收和发射光。在原子级薄层中，它们从最低温度(如负 268 摄氏度)到室温都是稳定的。

对于当前专注于超薄物质中激子运动的研究项目，物理学家切尔尼科夫解释说：“激子可以理解为一种移动的光源。像其他量子力学物体一样，它们结合了波和粒子的特性，通过原子级薄的晶体传播。这意味着它们既可以存储和传输能量和信息，也可以将它们再次转化为光。这让我们对它们特别感兴趣。”

在“疯狂”准粒子的踪迹上

使用高灵敏度光学显微镜可以观察原子级薄半导体中激子的快速运动：“首先，我们将短激光脉冲应用于产生激子的材料。然后我们使用超快探测器来观察重新发射光的时间和地点。然而，当我们在非常低的温度下重复这些实验时，准粒子的运动显得相当惊人，”切尔尼科夫说。

同时向两个方向移动

到目前为止，科学界广泛了解两种一般类型的激子运动：激子从一个分子“跳跃”到另一个分子(称为跳跃的过程)——或者它们像台球一样“经典地”移动，在之后改变方向。随机散射事件。“然而，在超薄半导体中，激子的行为方式是我们以前从未见过的。最后，唯一可能的解释是激子偶尔会同时沿相反方向穿过闭环。这种行为实际上是从单个电子中得知的。然而，通过实验观察发光激子——这是非常不寻常的，”切尔尼科夫指出。

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