疯狂的光发射器物理学家看到一个不寻常的量子现象

　　图中显示了一个激子被光脉冲激发并沿着原子薄层移动的示意图。激子散射并随机改变其方向。此外，激子在两个方向上同时通过闭环传播会产生量子力学干涉效应。来源:Alexey Chernikov
　　来自Würzburg-Dresden卓越集群ct的科学家们通过实验证实了原子般薄的半导体中发光粒子的一种极不寻常的运动。量子物质的复杂性和拓扑结构。被称为激子的电子准粒子似乎同时向相反的方向运动。Alexey chernikov教授和他的团队通过在极低的温度下使用超快显微镜监测移动兴奋子的光发射，揭示了这种量子现象的后果。这些发现使得激子多体态的量子输运成为现代研究的焦点。这项工作的结果已经发表在《物理评论快报》杂志上。
　　光在原子薄的物质中发射
　　Alexey Chernikov和他的团队研究的量子材料只有几个原子那么薄。由于这些系统中极强的相互作用，电子聚集在一起形成新的状态，称为激子。激子的行为类似于独立的粒子，能够高效地吸收和发射光。在原子薄的层中，它们从最低温度(如零下268摄氏度)到室温都是稳定的。
　　对于目前聚焦于超薄物质中激子运动的研究项目，物理学家Chernikov解释说:＂激子可以被理解为一种移动的光源。像其他量子力学物体一样，它们结合了波和粒子的特性，通过原子薄的晶体传播。这意味着它们可以储存和传输能量和信息，但也可以将它们再次转化为光。这让我们对它们特别感兴趣。＂
　　追踪＂疯狂的＂准粒子
　　在原子薄半导体中，激子的快速运动通过高灵敏度光学显微镜得以可视化:＂首先，我们将短激光脉冲应用于产生激子的材料。然后我们用一个超快探测器来观察光线重新发射的时间和地点。然而，当我们在非常低的温度下重复这些实验时，准粒子的运动显得相当惊人。＂Chernikov说。
　　同时向两个方向移动
　　到目前为止，科学界普遍知道两种激子运动:激子从一个分子＂跳跃＂到另一个分子(这个过程称为＂跳跃＂)，或者它们像台球那样＂经典地＂移动，在随机散射事件后改变方向。＂然而，在超薄半导体中，激子的表现方式是我们从未见过的。最后，唯一可能的解释是激子偶尔会在同一时间以相反的方向通过闭合回路。事实上，这种行为是通过单个电子得知的。然而，通过实验来观察发光激子——这是相当不寻常的，＂Chernikov说。
　　在所有的对照实验都证实了这一结果之后，科学家们开始寻找他们异常观察的原因。圣彼得堡约菲研究所(Ioffe Institute)的俄罗斯研究员米哈伊尔·m·格拉佐夫(Mikhail M. Glazov)最近发表的一项理论工作提供了关键的见解:格拉佐夫描述了原子薄半导体中的激子是如何通过封闭的环形路径并进入叠加态的。这意味着这些激子似乎本质上同时顺时针和逆时针运动。这种效应是一种纯粹的量子力学现象，古典粒子不存在这种现象。马尔堡菲利普斯大学的Ermin Malic团队为激子动力学提供了额外的见解，与他们一起，科学家们终于能够追踪这种不寻常的行为。
　　前景
　　在与国际同事Alexey Chernikov的团队合作中，他们展示了一种方法，可以通过实验监测多粒子相互作用复合物运动中的量子力学效应。然而，激子准粒子的量子输运研究还处于起步阶段。在未来，像切尔尼科夫所研究的超薄层这样的材料也可以作为新型激光源、光传感器、太阳能电池甚至量子计算机的积木的基础。