拓?fù)浣^緣體中首次產(chǎn)生激子

  ICC訊 德國維爾茨堡—德累斯頓卓越集群ct-qmat合作團(tuán)隊在量子研究方面取得突破，他們首次在拓?fù)?/a>絕緣體中探測到激子（電中性準(zhǔn)粒子）。這一發(fā)現(xiàn)歸功于拓?fù)?/a>絕緣子發(fā)源地維爾茨堡的智能材料設(shè)計，為新一代光驅(qū)動計算機(jī)芯片和量子技術(shù)鋪平了道路。研究發(fā)表在最近的《自然·通訊》雜志上。

  拓?fù)?/a>絕緣體能實現(xiàn)電流的無損傳導(dǎo)和強(qiáng)大的信息存儲，有望成為未來量子技術(shù)新材料的候選。以前使用拓?fù)?/a>絕緣子的概念是基于施加電壓來控制電流，這是從傳統(tǒng)計算機(jī)芯片采用的一種方法。然而，如果某種奇異材料是基于電中性粒子（既不帶正電荷也不帶負(fù)電荷），那么電壓就不再起作用。因此，如果要產(chǎn)生這種量子現(xiàn)象，就需要其他工具，例如光。

  研究人員之前使用的材料是鉍烯，鉍烯的重原子使其成為拓?fù)?/a>絕緣體，可沿邊緣無損導(dǎo)電?，F(xiàn)在，研究團(tuán)隊首次在拓?fù)?/a>絕緣體中產(chǎn)生了激子。

  量子物理學(xué)家拉爾夫·克萊森教授說：“我們第一次在拓?fù)?/a>絕緣體中產(chǎn)生并實驗檢測被稱為激子的準(zhǔn)粒子。因此，我們創(chuàng)造了一種新的固態(tài)物理工具包，可用光學(xué)控制電子。這一原理可能成為一種新型電子元件的基礎(chǔ)。”

  激子是一種只有在某些類型的量子物質(zhì)中才能產(chǎn)生的激發(fā)電子態(tài)?！拔覀兺ㄟ^在只有一層原子的薄膜上施加短光脈沖來產(chǎn)生激子。”克萊森解釋說，其不同尋常之處在于，激子在拓?fù)?/a>絕緣體中被激活。這為拓?fù)?/a>絕緣體開辟了一條全新的研究路線。

  近10年來，人們一直在研究其他二維半導(dǎo)體中的激子，并將其作為光驅(qū)動元件的信息載體。克萊森說：“光和激子之間的相互作用意味著我們可以在這類材料中看到新的現(xiàn)象。例如，這一原理可用來產(chǎn)生量子比特?！?

  量子比特是量子芯片的計算單位。使用光而不是電壓可使量子芯片的處理速度快得多。因此，最新發(fā)現(xiàn)為開發(fā)未來的量子技術(shù)和微電子領(lǐng)域的新一代光驅(qū)動打造設(shè)備鋪平了道路。

  總編輯圈點

  單層鉍烯經(jīng)過復(fù)雜材料設(shè)計，能成為拓?fù)?/a>絕緣體，可在室溫下無損導(dǎo)電，這是現(xiàn)階段石墨烯都無法做到的。現(xiàn)在，科學(xué)家在拓?fù)?/a>絕緣體中產(chǎn)生了激子，將人們的注意力也轉(zhuǎn)向了準(zhǔn)粒子本身。那么，鉍烯的拓?fù)?/a>性質(zhì)能否轉(zhuǎn)移到激子上？如果能科學(xué)地證明這一點，將是下一個里程碑式突破，甚至可以為我們構(gòu)建出拓?fù)?/a>量子比特。