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计算机模拟揭示新准粒子存在 命名为“派子”

2020-02-12 09:46:28 来源:科技日报

据物理学家组织网近日报道,维也纳科学家借助计算机模拟,发现了一种新“准粒子”,并将其命名为“派子”(π子,pi-ton)。它由两个电子和两个空穴组成。这一最新发现将有助于科学家更好地理解光与固体间的耦合,促进基础研究、半导体技术及光伏技术等领域的发展。

“准粒子”是包含许多粒子的系统内的激发,它们在许多方面的行为与单个粒子无异。维也纳技术大学固体物理研究所教授卡斯滕·霍尔德表示:“最简单的准粒子就是一个空穴。”但自然界还存在更复杂的准粒子,例如激子。激子是由一个电子和一个空穴组成的束缚态,由光产生,在半导体物理学领域起重要作用。

在本研究中,科学家开发出计算机程序来计算固体内的量子物理效应。在模拟中,他们偶然“邂逅”了这种全新的准粒子。它由两个电子和两个空穴组成,电子和空穴通过光子耦合在一起。

新准粒子的两个电子和两个空穴通过电荷密度波动(或自旋波动)紧密结合在一起,从一个晶格点到下一个晶格点,这些波动总是将电子和空穴的特性翻转180°,即以弧度为单位,翻转一个π角。这种从正到负的固定变化,就像国际象棋棋盘上从黑到白的变化。因此,研究小组将这个准粒子命名为“派子”。

研究人员表示:“我们用各种模型研究了‘派子’现象,它反复出现。因此,我们肯定可以在各种不同的材料内探测到它们。用钛酸钐材料进行实验获得的一些实验数据似乎提供了‘派子’存在的蛛丝马迹,用光子和中子进行的其他实验应该很快能让一切‘水落石出’。”

他们认为,这一最新发现有助于科学家更好地理解光与固体间的耦合,这一耦合不仅在基础研究中发挥重要作用,在半导体、光伏等技术领域也大有用武之地。(记者刘霞)

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