據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)3月29日?qǐng)?bào)道，美國(guó)科學(xué)家首次觀察到了激子內(nèi)發(fā)生自發(fā)相干現(xiàn)象時(shí)的各種圖案，最新研究有助于他們更好地理解激子以及物質(zhì)的量子屬性，也有望讓科學(xué)家們研制出新的光電計(jì)算設(shè)備和消費(fèi)設(shè)備，因?yàn)檠兄瞥鲞@些光電設(shè)備需要深入了解物質(zhì)和光的基本屬性。研究發(fā)表于3月29日出版的《自然》雜志。
激子是指半導(dǎo)體內(nèi)相互依附的電子和空穴對(duì)，其決定了半導(dǎo)體的光學(xué)屬性并使半導(dǎo)體具有光電設(shè)備的功能。加州大學(xué)圣地亞哥分校的物理學(xué)教授列奧尼德·布托夫領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)將激子冷卻到絕對(duì)零度（零下273.15攝氏度）左右，并借用設(shè)備，在高于絕對(duì)零度0.1攝氏度的條件下觀察到了激子的自發(fā)相干、自旋紋理和相位奇點(diǎn)。
2002年，布托夫發(fā)現(xiàn)，當(dāng)激子被冷卻到足夠低溫時(shí)，其會(huì)自發(fā)排列成一個(gè)有序的微小滴珠陣列，就像一串迷你珍珠項(xiàng)鏈。在最新實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)，激子粒子的自旋在空間內(nèi)并非完全一樣，而是會(huì)圍繞這些小滴珠形成一定的圖案，他們稱之為“自旋結(jié)構(gòu)”。他們也發(fā)現(xiàn)，自發(fā)相干圖案不僅同自旋極化圖案有關(guān)，也同相干激子氣體內(nèi)的相位奇點(diǎn)有關(guān)。
該研究論文的第一作者、研究生阿歷克斯·海表示：“看到這些圖案令人吃驚。更令人驚奇的是，對(duì)極化進(jìn)行測(cè)量表明，相干和極化之間強(qiáng)烈相關(guān)。”布托夫說(shuō)：“最新研究有助于我們理解激子的基本屬性以及信號(hào)處理過(guò)程，這對(duì)未來(lái)建造出激子設(shè)備不可或缺。”
物理學(xué)家們讓激光器照射在被冷卻的砷化鎵（制造手機(jī)晶體管的原材料）樣本上制造出了激子。光會(huì)將電子由它們盤(pán)踞的原子軌道踢出，從而制造出一個(gè)帶負(fù)電荷的“自由”電子和一個(gè)帶正電荷的“空穴”，它們之間的庫(kù)侖相互作用在一定條件下會(huì)使它們?cè)诳臻g上束縛在一起，成為激子。然而，因?yàn)殡娮雍涂昭ǚ浅＝咏?，?dāng)光出現(xiàn)時(shí)，它們有時(shí)會(huì)相互湮滅。
為了不讓湮滅悲劇發(fā)生，布托夫團(tuán)隊(duì)將電子和相對(duì)應(yīng)的空穴分別置于不同的納米大小的量子勢(shì)阱內(nèi)，這使得制造出的激子具有所需要的壽命，在本次試驗(yàn)中，大約為50納秒。海表示：“在這段時(shí)間內(nèi)，激子會(huì)冷卻形成凝聚物，并展示出令人感興趣的自旋物理學(xué)。”
科學(xué)家們還使用了干涉儀，將光分成兩個(gè)不同的路徑，從而使他們能比較同一樣本的兩個(gè)不同區(qū)域的情況，首次看到激子內(nèi)自發(fā)相干的詳細(xì)細(xì)節(jié)。海說(shuō)：“以前的實(shí)驗(yàn)需要使用光纖并在稀釋制冷機(jī)內(nèi)進(jìn)行，但最新設(shè)備讓我們能在非常低的溫度下給激子拍照，這一點(diǎn)非常重要。”
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