物理学家寻找完全不同的东西发现了新的准粒子

时间：2021-09-14 14:52:02 来源：

由光量子产生的两个电子和两个空穴由类似棋chess的背景结合在一起。

他们一直在寻找完全不同的东西，但是他们发现了一个以前未知的准粒子，它们被称为pi-ton：两个电子，两个空穴和光的束缚态。

在物理学中，粒子的类型非常不同：基本粒子是物质的基本组成部分。其他粒子，例如原子，是由几种较小的成分组成的结合态。然后就是所谓的“准粒子”，即由许多粒子组成的系统中的激发，在许多方面，它们的行为就像粒子本身一样。

现在已经在维也纳维也纳（TU Wien）的计算机仿真中发现了这样的准粒子，并将其命名为pi-ton。它由两个电子和两个空穴组成。该新粒子在《物理评论快报》上发表，该文章还描述了如何通过实验检测活塞。

孔几乎是一个粒子

“最简单的准粒子是一个孔，”维也纳工业大学固体物理研究所的Karsten Held教授解释说。“例如，让我们想象一下，许多原子以规则的方式排列在晶体中，并且每个原子处都有一个移动的电子。仅在一个特定的原子上，电子丢失了–这被称为空穴。”现在，电子可以从相邻原子上移。原始孔已关闭，新孔已打开。

Katharina Astleithner，Petra Pudleiner，Karsten Held和Anna Kauch（从左到右）发现了一个新的准粒子。

与其描述不断移动的电子的运动，不如研究空穴的运动。如果电子向右移动，则空穴向左移动，并且该移动遵循某些物理规则，就像普通粒子的移动一样。但是，与在晶体外部也可以观察到的电子不同，该空穴仅与其他粒子一起存在。在这种情况下，我们说的是“准粒子”。

“但是，粒子和准粒子之间的分界线并不像人们想象的那么清晰，” Karsten Held说。“严格来说，即使是普通粒子也只能在其环境的背景下理解。即使在真空中，粒子孔激发也会持续发生，尽管时间很短。没有它们，例如电子的质量将完全不同。从这个意义上讲，即使在使用普通电子进行的实验中，我们看到的实际上也是准粒子电子。”

更复杂的债券

但是，还有更复杂的准粒子：例如，激子在半导体物理学中起着重要的作用。它是由电子和空穴组成的结合态，空穴是由光产生的。电子带负电，空穴不带负电荷，因此带正电。两者相互吸引，可以形成纽带。

该论文的第一作者Anna Kauch博士和Petra Pudleiner博士说：“我们实际上是想研究这样的激子。”“我们开发了计算机模拟来计算固体中的量子物理效应。”但是很快，安娜·考奇（Anna Kauch），佩特拉·普德林纳（Petra Pudleiner）和他们的同事凯瑟琳娜·阿斯泰里斯纳（Katharina Astleithner）意识到，他们在计算中遇到了完全不同的东西-一种完全新型的准粒子。它由两个电子和两个通过光子耦合到外部世界的空穴组成。

研究小组给这个以前未知的物体取了一个pi-ton的名字。piton的名称来自这样一个事实，即两个电子和两个空穴通过电荷密度波动或自旋波动保持在一起，该波动总是使它们的特性从晶体的一个晶格点到另一个晶格点反转180度，即成一个角度。 pi的值，以弧度为单位。 Anna Kauch解释说。“从正到负的这种不断变化，可以想像成是在棋盘上从黑色到白色的变化，” Petra Pudleiner说。活塞是通过吸收光子自发产生的。当它消失时，会再次发射光子。

来自计算机的粒子

到目前为止，已经通过计算机仿真发现并验证了活塞。对于研究团队而言，毫无疑问存在活塞：“我们现在已使用各种模型研究了活塞现象-一次又一次地显示出来。因此，绝对可以在多种不同的材料中检测到它。” Karsten Held坚信。用钛酸sa材料获得的一些实验数据似乎已经指向了活塞。用光子和中子进行的其他实验应该很快就能澄清。

即使我们一直被无数的准粒子包围着，发现一种新的准粒子物种还是很特别的。除激子外，现在还有活塞。无论如何，这有助于更好地理解光与固体之间的耦合，这一主题不仅在基础研究中而且在从半导体技术到光伏技术的许多技术应用中都起着重要作用。

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