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新型準粒子“分數激子”發現

5個月前 來源:科技日報 觀看:105

美國布朗大學物理學家在一項新研究中觀察到一種名為“分數激子”的新型量子粒子,既不屬于玻色子,也不屬于費米子,而是介于兩者之間的粒子類型。這一發現或將極大拓展科學家對量子領域的認知。相關論文發表于最新一期《自然》雜志。hAS即熱新聞——關注每天科技社會生活新變化gihot.com

研究人員表示,這種新型準粒子不攜帶整數電荷,卻遵循獨特的量子統計規律。其最令人振奮之處在于解鎖了一系列物質的新量子相,為科學研究開辟了新前沿,深化了基礎物理的理解,并為量子計算帶來了新可能。hAS即熱新聞——關注每天科技社會生活新變化gihot.com

研究聚焦于分數量子霍爾效應,該現象基于經典霍爾效應,即將磁場施加到有電流的材料上以產生橫向電壓。量子霍爾效應發生在極低溫度和極高磁場下,這種橫向電壓以清晰且獨立的跳躍方式增加。而在分數量子霍爾效應中,這種增加方式變得更為奇特,僅為電子電荷的一小部分。hAS即熱新聞——關注每天科技社會生活新變化gihot.com

實驗中,研究人員構建了由兩層二維納米材料石墨烯組成的結構,中間隔有六方氮化硼絕緣晶體。這種設置使他們能夠精確控制電荷運動,還能生成被稱為激子的粒子,這些粒子由一個電子和空穴結合而成。然后,在比地球磁場強數百萬倍的極強磁場中,研究人員觀察到了新型分數激子,這些激子表現出異常行為。hAS即熱新聞——關注每天科技社會生活新變化gihot.com

通常,基本粒子分為玻色子和費米子兩類。玻色子能共享相同量子態,而費米子則遵循泡利不相容原理,即兩個費米子不能占據同一量子狀態。然而,實驗中觀察到的分數激子并不能完全歸入這兩類中的任何一類。它們雖具有預期的分數電荷,但行為卻同時表現出玻色子和費米子的特征,類似兩者的雜合體,介于兩者之間的粒子類型——任意子,但又具有獨特屬性。hAS即熱新聞——關注每天科技社會生活新變化gihot.com

這種出乎意料的行為表明,分數激子可能代表了一類全新的、具有獨特量子屬性的粒子。研究表明,激子可以存在于分數量子霍爾體系中,并且其中一些激子是由帶分數電荷的粒子配對產生的,形成了表現不像玻色子的分數激子。hAS即熱新聞——關注每天科技社會生活新變化gihot.com

研究人員指出,這類新型粒子未來或有助于改進量子層面的信息存儲和處理方式,帶來更快、更可靠的量子計算機。hAS即熱新聞——關注每天科技社會生活新變化gihot.com

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