冲绳科学技术研究所 激子在技术上不是粒子，而是准粒子(拉丁语中的准意思是“几乎”)
它们是由受激发的带负电荷的电子和带正电荷的空穴之间的静电引力形成的
空穴是受激电子留下的空间，它们本身是一种准粒子
信用:OIST OIST冲绳科学技术研究院的研究人员首次捕捉到了一幅图像，显示了激子中粒子的内部轨道或空间分布——这是科学家们近一个世纪以来一直未能实现的目标
他们的发现发表在《科学进展》
激子是半导体中物质的激发态，半导体是许多现代技术设备的关键材料，如太阳能电池、发光二极管、激光器和智能手机
“激子确实是独特而有趣的粒子；它们是电中性的，这意味着它们在材料中的行为与电子等其他粒子非常不同
它们的存在确实可以改变物质对光的反应方式
迈克尔·曼，第一作者之一，OIST飞秒光谱学部门的科学家
“这项工作使我们更接近于完全理解激子的本质
" 当半导体吸收光子时，激子就形成了，这使得带负电的电子从较低的能级跳到较高的能级
这就在低能级留下了带正电的空间，称为空穴
带相反电荷的电子和空穴相互吸引，并开始围绕彼此运行，这就产生了激子
激子在半导体中至关重要，但迄今为止，科学家只能以有限的方式检测和测量它们
一个问题在于它们的脆弱性——将激子分解成自由电子和空穴只需要相对较少的能量
此外，它们在本质上是短暂的——在一些材料中，激子在形成后的十亿分之几千秒内就被熄灭了，这时被激发的电子“落”回空穴中
该仪器使用初始光泵浦脉冲来激发电子并产生激子
紧接着是第二个光脉冲，利用极紫外光子将激子中的电子踢出材料，进入电子显微镜的真空中
电子显微镜然后测量电子离开材料的能量和角度，以确定电子在激子空穴周围的动量
信用:OIST “科学家们第一次发现激子是在大约90年前，”资深作者、OIST飞秒光谱学部门负责人凯沙夫·达尼教授说
“但直到最近，人们通常只能获得激子的光学特征——例如，激子熄灭时发出的光
它们的性质的其他方面，例如它们的动量，以及电子和空穴是如何相互环绕的，只能从理论上描述
" 然而，2020年12月，OIST飞秒光谱学部门的科学家在《科学》杂志上发表了一篇论文，描述了一种测量激子中电子动量的革命性技术
现在，在《科学进展》报道，研究小组使用该技术捕捉到了第一张显示电子在激子内部空穴周围分布的图像
研究人员首先通过向二维半导体发射激光脉冲来产生激子——这是一种最近发现的材料，只有几个原子厚，含有更强的激子
激子形成后，研究小组使用带有超高能光子的激光束来分解激子，并将电子从材料中踢出，进入电子显微镜内的真空空间
在非常微小的物理学中，奇怪的量子概念适用
电子既是粒子又是波，因此不可能同时知道电子的位置和动量
相反，激子的概率云显示了电子最有可能在空穴周围的什么地方被发现
研究小组通过测量波函数生成了激子概率云的图像
信用:OIST 电子显微镜测量电子飞出材料时的角度和能量
根据这些信息，科学家们能够确定当电子被束缚在激子内部的一个空穴中时，电子的初始动量
“这项技术与高能物理对撞机实验有一些相似之处，在高能物理对撞机实验中，粒子被大量能量粉碎在一起，并被打碎
丹尼教授说:“通过测量碰撞中产生的较小内部粒子的轨迹，科学家们可以开始拼凑原始完整粒子的内部结构。”
“在这里，我们正在做类似的事情——我们使用极紫外光子来分解激子，并测量电子的轨迹来描绘里面的东西
" “这可不是一件容易的事，”丹尼教授继续说道
“测量必须非常小心——在低温和低强度下，以避免加热激子
拍摄一张照片花了几天时间
" 最终，研究小组成功测量了激子的波函数，给出了电子可能位于空穴周围的概率
“这项工作是该领域的一项重要进展，”博士说
朱利安·马德奥，第一作者之一，OIST飞秒光谱学部门的科学家
“当粒子形成更大的复合粒子时，能够可视化粒子的内部轨道可以让我们以前所未有的方式理解、测量并最终控制复合粒子
这可以让我们基于这些概念创造新的物质和技术的量子态
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
