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研究人员使用新方法在室温下捕捉到难以捉摸的三重粒子

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  在这张图片中,被捕获的三重粒子和激子是明亮的红色斑点,与来自主纳米管的深蓝色背景辐射形成对比。这项新的方法使科学家能够以前所未有的方式操纵并研究三重粒子的基本性质。

  研究人员发现了一种在室温下捕捉和研究难以捉摸的三重粒子的方法。

  以前,人们只能在过冷条件下研究三重粒子。三重粒子由两个电子和一个电子空穴(电子结构中一个电子可以填满但没有电子的空间)或两个空穴和一个电子组成。它们只是很弱地结合在一起,这意味着它们很快就会分崩离析,这对试图将其应用于量子计算和电子学的研究人员来说并不是一件好事。

  现在,由马里兰大学化学家王玉煌领导的科学家们找到了一种在室温下稳定三重粒子的方法。

  王在报告中说:“这项工作使合成三重粒子变得非常高效,并提供了一种全新的方法来操纵它们。有了稳定和俘获三重粒子的能力,我们有可能建立一个非常干净的系统,用于研究控制发光二极管和光伏的过程,并开发量子信息技术。”

  为了俘获三重粒子,研究人员从单壁碳纳米管开始,然后通过化学反应在管壁上产生微小缺陷,这些缺陷捕获带电粒子。为了制造这些带电粒子,研究人员将光子或轻粒子导向纳米管。这些光子将纳米管中的电子激发出其最低能量状态,即基态,留下一个电子空穴。电子和空穴的结合称为激子。然后激子被困在管壁上的缺陷中,与自由电子(从基态中跳出来的电子)一起被困在缺陷中,结合成两个电子和一个空穴组成的三重粒子。

  这些光子也让研究人员能够观察到这些被捕获的三重粒子。当被俘获的三重粒子衰变或解体时,它们会释放出一个光子,在一个可以被研究人员探测和识别的波长上产生闪光。实验结果显示,与在过冷实验中观察到的三重粒子相比,三重粒子 的亮度提高了7倍,寿命延长了100倍。

  王说,三重粒子的能级由纳米管壁上的阱控制,研究人员可以操纵阱的特性。这意味着它们还可以控制三重粒子的能量和稳定性,改变原子性质,如电荷和电子自旋。反过来,这也可以应用于诸如光电或将光转化为能量的应用。

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