據(jù)物理學家組織網(wǎng)3月29日報道，美國科學家首次觀察到了激子內發(fā)生自發(fā)相干現(xiàn)象時的各種圖案，最新研究有助于他們更好地理解激子以及物質的量子屬性，也有望讓科學家們研制出新的光電計算設備和消費設備，因為研制出這些光電設備需要深入了解物質和光的基本屬性。研究發(fā)表于3月29日出版的《自然》雜志。
激子是指半導體內相互依附的電子和空穴對，其決定了半導體的光學屬性并使半導體具有光電設備的功能。加州大學圣地亞哥分校的物理學教授列奧尼德·布托夫領導的科研團隊將激子冷卻到絕對零度（零下273.15攝氏度）左右，并借用設備，在高于絕對零度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。
2002年，布托夫發(fā)現(xiàn)，當激子被冷卻到足夠低溫時，其會自發(fā)排列成一個有序的微小滴珠陣列，就像一串迷你珍珠項鏈。在最新實驗中，他們發(fā)現(xiàn)，激子粒子的自旋在空間內并非完全一樣，而是會圍繞這些小滴珠形成一定的圖案，他們稱之為“自旋結構”。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，也同相干激子氣體內的相位奇點有關。
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，對極化進行測量表明，相干和極化之間強烈相關。”布托夫說：“最新研究有助于我們理解激子的基本屬性以及信號處理過程，這對未來建造出激子設備不可或缺。”
物理學家們讓激光器照射在被冷卻的砷化鎵（制造手機晶體管的原材料）樣本上制造出了激子。光會將電子由它們盤踞的原子軌道踢出，從而制造出一個帶負電荷的“自由”電子和一個帶正電荷的“空穴”，它們之間的庫侖相互作用在一定條件下會使它們在空間上束縛在一起，成為激子。然而，因為電子和空穴非常接近，當光出現(xiàn)時，它們有時會相互湮滅。
為了不讓湮滅悲劇發(fā)生，布托夫團隊將電子和相對應的空穴分別置于不同的納米大小的量子勢阱內，這使得制造出的激子具有所需要的壽命，在本次試驗中，大約為50納秒。海表示：“在這段時間內，激子會冷卻形成凝聚物，并展示出令人感興趣的自旋物理學。”
科學家們還使用了干涉儀，將光分成兩個不同的路徑，從而使他們能比較同一樣本的兩個不同區(qū)域的情況，首次看到激子內自發(fā)相干的詳細細節(jié)。海說：“以前的實驗需要使用光纖并在稀釋制冷機內進行，但最新設備讓我們能在非常低的溫度下給激子拍照，這一點非常重要。”
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