智能科普： 計(jì)算機(jī)模擬揭示新準(zhǔn)粒子存在
來(lái)源：科普中國(guó)
發(fā)布時(shí)間：2020-02-13
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? 據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，維也納科學(xué)家借助計(jì)算機(jī)模擬，發(fā)現(xiàn)了一種新“準(zhǔn)粒子”，并將其命名為“派子”（π子，pi-ton）。它由兩個(gè)電子和兩個(gè)空穴組成。這一最新發(fā)現(xiàn)將有助于科學(xué)家更好地理解光與固體間的耦合，促進(jìn)基礎(chǔ)研究、半導(dǎo)體技術(shù)及光伏技術(shù)等領(lǐng)域的發(fā)展。
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　　“準(zhǔn)粒子”是包含許多粒子的系統(tǒng)內(nèi)的激發(fā)，它們?cè)谠S多方面的行為與單個(gè)粒子無(wú)異。維也納技術(shù)大學(xué)固體物理研究所教授卡斯滕·霍爾德表示：“最簡(jiǎn)單的準(zhǔn)粒子就是一個(gè)空穴。”但自然界還存在更復(fù)雜的準(zhǔn)粒子，例如激子。激子是由一個(gè)電子和一個(gè)空穴組成的束縛態(tài)，由光產(chǎn)生，在半導(dǎo)體物理學(xué)領(lǐng)域起重要作用。

　　在本研究中，科學(xué)家開發(fā)出計(jì)算機(jī)程序來(lái)計(jì)算固體內(nèi)的量子物理效應(yīng)。在模擬中，他們偶然“邂逅”了這種全新的準(zhǔn)粒子。它由兩個(gè)電子和兩個(gè)空穴組成，電子和空穴通過(guò)光子耦合在一起。

　　新準(zhǔn)粒子的兩個(gè)電子和兩個(gè)空穴通過(guò)電荷密度波動(dòng)（或自旋波動(dòng)）緊密結(jié)合在一起，從一個(gè)晶格點(diǎn)到下一個(gè)晶格點(diǎn)，這些波動(dòng)總是將電子和空穴的特性翻轉(zhuǎn)180°，即以弧度為單位，翻轉(zhuǎn)一個(gè)π角。這種從正到負(fù)的固定變化，就像國(guó)際象棋棋盤上從黑到白的變化。因此，研究小組將這個(gè)準(zhǔn)粒子命名為“派子”。

　　研究人員表示：“我們用各種模型研究了‘派子’現(xiàn)象，它反復(fù)出現(xiàn)。因此，我們肯定可以在各種不同的材料內(nèi)探測(cè)到它們。用鈦酸釤材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)獲得的一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)似乎提供了‘派子’存在的蛛絲馬跡，用光子和中子進(jìn)行的其他實(shí)驗(yàn)應(yīng)該很快能讓一切‘水落石出’。”

　　他們認(rèn)為，這一最新發(fā)現(xiàn)有助于科學(xué)家更好地理解光與固體間的耦合，這一耦合不僅在基礎(chǔ)研究中發(fā)揮重要作用，在半導(dǎo)體、光伏等技術(shù)領(lǐng)域也大有用武之地。
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