科技工作者 激子在某些二维材料组合中形成超流体
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研究人员证实 ， 某些弱键合二维材料可以让空穴和电子在材料基态结合成激子 ， 进而形成类超流体 。
混合、匹配二维材料的计算模型使美国莱斯大学的科学家们认识到 ， 可以用新的方法控制激子 。 一般来说 ， 只有当光或电的能量将电子、空穴提升到高能状态时 ， 激子才会产生 。
《自然通讯》杂志报道 ， 莱斯大学的研究人员发现了一种具有类原子晶格尺寸的二维材料 ， 当它们混合在一起时 ， 就会形成激子 。 材料学家BorisYakobson团队观察到的材料基态激子 ， 有可能进一步在最低能量状态下凝聚成类超流体 。 这一发现为自旋电子与量子计算应用的开发注入了新动力 。
Yakobson解释说：“激子形成 ， 意味着电子和空穴跃入了更高能态 。 如果冷系统处于可能的最低能态 ， 激子是无法存在的 。 但我们的发现似乎打破了这个观点——在物质系统中 ， 激子可以在基态形成并存在 。 ”
在进行了大量可能性评估之后 ， Yakobson团队精确地模拟了23个双层异质结构 ， 并计算了它们在带隙相邻条件下的排列情况 。 这类结构的层在弱范德华力的作用下维持了松散的一致性 。 Yakobson等为每种组合制作了相图 ， 以便找出最具可行性的实验组合 。
Yakobson说：“组合的优劣是由晶格参数匹配和电子带的特殊位置决定的 。 其中 ， 后者更为重要 。 电子带形成的断裂间隙也被称为III型 。 ”
研究人员表示 ， 可以通过调整张力、曲率或外部电场应力 ， 控制激子的相态 ， 使其具有波色-爱因斯坦凝聚态或超导BCS凝聚态的“完美流体”特性 。
研究生SunnyGupta说：“在量子凝聚态中 ， 低温下的玻色子粒子占据了一个集体的量子基态 。 这支持了宏观量子现象 ， 就像超流性和超导电性一样显著 。 凝聚态很有趣 ， 它具有的奇异量子特性能够在低温下以日常尺度存在 。 因为凝聚态处于可能的最低能量状态 ， 而且具备量子性质 ， 所以不会失去能量 ， 并能表现出完美的无摩擦流体特征 。 二维材料极大拓宽了我们进入量子世界的窗口 ， 并为新设备的制造奠定了基础 。 ”
Yakobson补充说：“除了晶格参数之外 ， 化学成分也非常重要 。 如果不进行艰苦的定量分析 ， 我们就无法预测材料的行为 。 正如RobertCurl所言 ， 一个人永远不能否认有意外收获的机会 。 类似的 ， 化学也与运气有或多或少的联系 。 虽然从理论上讲 ， 我们可以对成千上万种材料组合进行筛选 ， 但真正动手做起来又是另一回事了 。 ”
编译：雷鑫宇审稿：西莫责编：张梦
期刊来源：《自然通讯》
期刊编号：2041-1723
原文链接：
https://news.rice.edu/2020/06/15/excitons-form-superfluid-in-certain-2d-combos/
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