计算机模拟揭示新准粒子存在-深i科普

智能科普：计算机模拟揭示新准粒子存在

发布时间：2020-02-13

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据物理学家组织网近日报道，维也纳科学家借助计算机模拟，发现了一种新“准粒子”，并将其命名为“派子”（π子，pi-ton）。它由两个电子和两个空穴组成。这一最新发现将有助于科学家更好地理解光与固体间的耦合，促进基础研究、半导体技术及光伏技术等领域的发展。

　　“准粒子”是包含许多粒子的系统内的激发，它们在许多方面的行为与单个粒子无异。维也纳技术大学固体物理研究所教授卡斯滕·霍尔德表示：“最简单的准粒子就是一个空穴。”但自然界还存在更复杂的准粒子，例如激子。激子是由一个电子和一个空穴组成的束缚态，由光产生，在半导体物理学领域起重要作用。

　　在本研究中，科学家开发出计算机程序来计算固体内的量子物理效应。在模拟中，他们偶然“邂逅”了这种全新的准粒子。它由两个电子和两个空穴组成，电子和空穴通过光子耦合在一起。

　　新准粒子的两个电子和两个空穴通过电荷密度波动（或自旋波动）紧密结合在一起，从一个晶格点到下一个晶格点，这些波动总是将电子和空穴的特性翻转180°，即以弧度为单位，翻转一个π角。这种从正到负的固定变化，就像国际象棋棋盘上从黑到白的变化。因此，研究小组将这个准粒子命名为“派子”。

　　研究人员表示：“我们用各种模型研究了‘派子’现象，它反复出现。因此，我们肯定可以在各种不同的材料内探测到它们。用钛酸钐材料进行实验获得的一些实验数据似乎提供了‘派子’存在的蛛丝马迹，用光子和中子进行的其他实验应该很快能让一切‘水落石出’。”

　　他们认为，这一最新发现有助于科学家更好地理解光与固体间的耦合，这一耦合不仅在基础研究中发挥重要作用，在半导体、光伏等技术领域也大有用武之地。