智能科普: 計算機模擬揭示新準粒子存在
來源:科普中國
發(fā)布時間:2020-02-13
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? 據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道,維也納科學(xué)家借助計算機模擬,發(fā)現(xiàn)了一種新“準粒子”,并將其命名為“派子”(π子,pi-ton)。它由兩個電子和兩個空穴組成。這一最新發(fā)現(xiàn)將有助于科學(xué)家更好地理解光與固體間的耦合,促進基礎(chǔ)研究、半導(dǎo)體技術(shù)及光伏技術(shù)等領(lǐng)域的發(fā)展。
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  “準粒子”是包含許多粒子的系統(tǒng)內(nèi)的激發(fā),它們在許多方面的行為與單個粒子無異。維也納技術(shù)大學(xué)固體物理研究所教授卡斯滕·霍爾德表示:“最簡單的準粒子就是一個空穴。”但自然界還存在更復(fù)雜的準粒子,例如激子。激子是由一個電子和一個空穴組成的束縛態(tài),由光產(chǎn)生,在半導(dǎo)體物理學(xué)領(lǐng)域起重要作用。

  在本研究中,科學(xué)家開發(fā)出計算機程序來計算固體內(nèi)的量子物理效應(yīng)。在模擬中,他們偶然“邂逅”了這種全新的準粒子。它由兩個電子和兩個空穴組成,電子和空穴通過光子耦合在一起。

  新準粒子的兩個電子和兩個空穴通過電荷密度波動(或自旋波動)緊密結(jié)合在一起,從一個晶格點到下一個晶格點,這些波動總是將電子和空穴的特性翻轉(zhuǎn)180°,即以弧度為單位,翻轉(zhuǎn)一個π角。這種從正到負的固定變化,就像國際象棋棋盤上從黑到白的變化。因此,研究小組將這個準粒子命名為“派子”。

  研究人員表示:“我們用各種模型研究了‘派子’現(xiàn)象,它反復(fù)出現(xiàn)。因此,我們肯定可以在各種不同的材料內(nèi)探測到它們。用鈦酸釤材料進行實驗獲得的一些實驗數(shù)據(jù)似乎提供了‘派子’存在的蛛絲馬跡,用光子和中子進行的其他實驗應(yīng)該很快能讓一切‘水落石出’?!?br>
  他們認為,這一最新發(fā)現(xiàn)有助于科學(xué)家更好地理解光與固體間的耦合,這一耦合不僅在基礎(chǔ)研究中發(fā)揮重要作用,在半導(dǎo)體、光伏等技術(shù)領(lǐng)域也大有用武之地。
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