【產(chǎn)通社，1月13日訊】科學(xué)家首次在拓?fù)浣^緣體中檢測到激子（電中性準(zhǔn)粒子），這些發(fā)現(xiàn)是來自Bologna、Wroclaw、New York、Oldenburg、Würzburg的科學(xué)家密切合作的結(jié)果，鉍烯的2D材料樣品在JMU Würzburg生產(chǎn)的。發(fā)現(xiàn)為新一代光驅(qū)動計算機芯片和量子技術(shù)鋪平了道路，成果已經(jīng)發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

固體物理學(xué)的新工具箱

在為未來的量子技術(shù)尋找新材料的過程中，由于、來自維爾茨堡（Würzburg）和德累斯頓（Dresden）兩所大學(xué)組成的卓越集群ct.qmat的科學(xué)家們，正專注于可以實現(xiàn)無損電流傳導(dǎo)和強大信息存儲的拓?fù)浣^緣體的研究。這種材料的第一次實驗實現(xiàn)發(fā)生在2007年的Würzburg，推動了世界范圍內(nèi)固態(tài)物理學(xué)的研究熱潮，并一直持續(xù)到今天。

以前使用的拓?fù)浣^緣體概念是基于施加電壓來控制電流，這是一種在傳統(tǒng)計算機芯片中采用的方法。然而，如果奇異物質(zhì)的性質(zhì)是基于電中性粒子（既不帶正電也不帶負(fù)電），電壓就不再起作用。因此，這種量子現(xiàn)象需要其他工具才能產(chǎn)生，比如光。

光學(xué)和電子學(xué)通過量子現(xiàn)象聯(lián)系在一起

來自Würzburg的量子物理學(xué)家兼ct.qmat的聯(lián)合發(fā)言人Ralph Claessen教授領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究小組，現(xiàn)在有了一個關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)�！拔覀兊谝淮文軌蛟谕�?fù)浣^緣體中產(chǎn)生并實驗性地探測到被稱為激子（exciton）的準(zhǔn)粒子。因此，我們?yōu)楣虘B(tài)物理學(xué)創(chuàng)造了一個新的工具包，可通過光學(xué)來控制電子學(xué)�！闭鏑laessen強調(diào)的，“這一原理可能成為新型電子元件的基礎(chǔ)。”

激子是電子準(zhǔn)粒子。雖然它們看起來像獨立的粒子，但實際上它們代表了一種只能在某些類型的量子物質(zhì)中產(chǎn)生的受激電子態(tài)。“我們通過向僅由一層原子組成的薄膜施加短光脈沖來制造激子，”Claessen解釋道。他說，這一點的不尋常之處在于，激子是在拓?fù)浣^緣體中被激活的——這在以前是不可能的。“這為拓?fù)浣^緣體開辟了一條全新的研究路線道。”

三激子鉍

大約十年來，激子已經(jīng)在其他二維半導(dǎo)體中被研究，并被視為光驅(qū)動元件的信息載體�！拔覀兪状卧O(shè)法在拓?fù)浣^緣體中用光學(xué)激發(fā)激子。光和激子之間的相互作用，意味著我們可以期待這種材料中的新現(xiàn)象。例如，這個原理可以用來產(chǎn)生量子位（qubit）”，Claessen說。

量子位是量子芯片的計算單位。它們遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的bits，可以在幾分鐘內(nèi)解決傳統(tǒng)超級計算機需要幾年才能完成的任務(wù)。由于使用光而不是電壓，量子芯片具有更快的處理速度。因此，最新的發(fā)現(xiàn)為未來的量子技術(shù)和微電子領(lǐng)域的新一代光驅(qū)動器件鋪平了道路。

Würzburg的全球?qū)I(yè)知識
選擇正確的原材料至關(guān)重要——在這種情況下，就是鉍烯�！斑@是奇跡材料石墨烯的重兄弟，”Claessen說，他五年前首次在實驗室定制拓?fù)浣^緣體�！拔覀兪沁@個領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者。由于我們復(fù)雜的材料設(shè)計，單層鉍烯的原子排列成蜂窩圖案，就像石墨烯一樣。區(qū)別在于鉍烯的重原子使其成為拓?fù)浣^緣體，這意味著它可以沿著邊緣無損耗地導(dǎo)電——即使在室溫下。這是石墨烯做不到的�！�

首次在拓?fù)浣^緣體中產(chǎn)生了激子后，研究小組現(xiàn)在的注意力正轉(zhuǎn)向準(zhǔn)粒子本身。ct.qmat卓越集群的科學(xué)家正在研究鉍烯的拓?fù)湫再|(zhì)是否會轉(zhuǎn)移到激子。科學(xué)地證明這一點是研究人員著眼的下一個里程碑。它甚至為拓?fù)淞孔游坏臉?gòu)建鋪平了道路，與非拓?fù)淞孔游幌啾�，拓�(fù)淞孔游槐徽J(rèn)為是特別魯棒的。（Donna Zhang，張底剪報）