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      新型準(zhǔn)粒子在室溫半導(dǎo)體中亮相
      
			
      
				2020-02-13 10:08:29
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      來自瑞士和德國的物理學(xué)家在流行的甲基銨鹵化鉛鈣鈦礦的室溫光學(xué)響應(yīng)中揭示了人們一直尋求的名為“馬漢”激子的顆粒的指紋。
      

      新型準(zhǔn)粒子在室溫半導(dǎo)體中亮相
      

      半導(dǎo)體的光學(xué)特性受所謂的“激子”控制，所述激子是負(fù)電子和正空穴的結(jié)合對。激子很重要，因為它們在整個材料之間傳輸能量(沒有凈電荷)，因此它們在許多光電設(shè)備中起著至關(guān)重要的作用?？刂瓢雽?dǎo)體的激子特性的能力(通過調(diào)整諸如溫度，壓力，電荷密度，電場和磁場等參數(shù))是擴(kuò)大應(yīng)用范圍和多樣性的關(guān)鍵。特別地，當(dāng)電荷載流子(電子和空穴)的密度增加時，激子趨于熔化，并且半導(dǎo)體最終以所謂的莫特密度變成金屬。
      

      然而，早在1967年，杰拉爾德·馬漢(Gerald Mahan)預(yù)測，在莫特密度以上，仍然可以存在其他類型的激子。盡管進(jìn)行了多年的研究，但尚未觀察到這種所謂的Mahan 激子，更不用說在設(shè)備的正常操作條件下了。
      

      EPFL的Majed Chergui小組與不來梅大學(xué)的Alexander Steinhoff，弗里堡大學(xué)的Ana Akrap以及LaszlóForró小組(EPFL)合作，已經(jīng)實現(xiàn)了這一目標(biāo)。在《自然通訊》上發(fā)表的文章中，研究小組在非常受歡迎的溴化鉛有機(jī)-無機(jī)鈣鈦礦中發(fā)現(xiàn)了Mahan激子的簽名。研究人員繪制了材料的光學(xué)特性如何在電荷載流子密度增加時以數(shù)十飛秒的時間分辨率(一飛秒是十億分之一秒的百萬分之一)進(jìn)行改變的情況。馬漢激子的光學(xué)性質(zhì)具有理論預(yù)測的獨特特征。
      

      引人注目的是，現(xiàn)在已經(jīng)在室溫鹵化鈣鈦礦中觀察到了這種準(zhǔn)粒子。鈣鈦礦是一種廉價而豐富的半導(dǎo)體，人們對其進(jìn)行了深入研究，以用于光伏，發(fā)光材料和激光等應(yīng)用。后兩種應(yīng)用強(qiáng)烈依賴于高密度的載流子。此外，從根本上說，這些發(fā)現(xiàn)加深了我們對凝聚態(tài)系統(tǒng)中多體現(xiàn)象的認(rèn)識，為鈣鈦礦用于光和激子混合態(tài)的玻色-愛因斯坦凝聚鋪平了道路。
      

      “我們正在研究鈣鈦礦中的激子對高載流子密度的反應(yīng)，” Edoardo Baldini說(前EPFL的博士生，現(xiàn)在是MIT的博士后研究員)。“突然，我們觀察到一種光譜特征，無法在半導(dǎo)體中已知的其他現(xiàn)象的框架內(nèi)進(jìn)行解釋。” “深入研究該理論，我們意識到這可能是由于Mahan早就預(yù)測到的激子所致，”該博士Tania Palmieri補(bǔ)充說。領(lǐng)導(dǎo)該項目的學(xué)生。“這一發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證明了混合鈣鈦礦不僅是光電應(yīng)用的特殊材料，而且還揭示了新的基本工藝。”
      
			

			
        
      
			
      
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