凝聚态物理学教授Bruno Uchoa和俄克拉荷马大学凝聚态物理学博士后Hong-yi Xie在《美国国家科学院院刊》上发表了一项研究，预测了一种新型激子的存在。这些粒子可能导致未来量子设备的进步。
当电子和它们形成的带相反电荷的空穴结合在一起时，就会产生激子。在为现代计算机提供动力的绝缘体和半导体材料中，激子早已被观察到。在这篇论文中，Uchoa和Xie预测了一种涡度有限的新型激子的存在，这种激子被称为“拓扑激子”，存在于一类被称为陈氏绝缘体的材料中。
拓扑学是数学的一个分支，研究即使在拉伸、扭曲或弯曲时也不会改变的形状和表面的特性。例如，一个中间有洞的甜甜圈和一个把手有洞的杯子都描述了属于同一拓扑类的表面，因为它们都可以不断地变形成另一个。科学家们用拓扑学的思想来描述具有不受缺陷影响的电子特性的材料。搅动指的是拓扑中的一类，其中形状的关键特征可以用整数表示。
“陈氏绝缘体是一种允许电子在材料边缘绕轨道运动，但内部不导电的材料，”Uchoa说。然而，它们确实自发地形成沿二维材料边缘顺时针或逆时针方向流动的单向电流。这些单向电流是用电流的基本单位精确测量的。”
在这项工作中，Uchoa和Xie预测，在定义良好的条件下，通过陈氏绝缘体照射光产生的激子将继承宿主材料中电子和空穴的非平凡拓扑特性。这种预测是强大的，因为它是基于基本概念而不是计算机模拟。
“在绝缘体中，光将电子从它们通常生活的价带激发到它们可以自由移动的导带，”Unchoa说。“当这两个带在拓扑结构上不同时，产生的激子本身就是拓扑结构。一旦这些激子通过释放能量而衰变，它们就会自发地发出圆偏振光。”
根据Xie的说法，这些拓扑激子可以用来设计一种新型的光学器件。在低温下，激子可以形成一种新型的中性超流体，可用于制造强大的偏振光发射器或用于量子计算的先进光子器件。
Uchoa说:“这种复合粒子的预测可以帮助开发基于拓扑结构的新型光电器件。”“它不仅有助于量子通信的应用，而且还可以帮助设计基于发射光的涡度或偏振的两种纠缠状态，即开和关的量子比特。”我对这些可能性感到非常兴奋。”
通过Uchoa小组了解更多关于这项研究的信息，并在OU的量子研究与技术中心了解量子研究。
项目简介
“平面陈氏带中拓扑激子绝缘体和凝聚体的理论”发表在《美国国家科学院院刊》上，DOI: 10.1073/pnas.2401644121。谢和Uchoa是道奇家族艺术与科学学院的Ted和Cuba Webb总统教授，他们与哈佛大学和纽约城市大学的研究人员合作。
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希望本篇文章《量子科学家展示了令人振奋的粒子预言》能对你有所帮助！
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