北京時(shí)間12月13日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，經(jīng)歷了近五十年的理論探索后，物理學(xué)家宣布，他們終于證實(shí)了一種名為“Excitonium”的新物質(zhì)狀態(tài)的存在。Excitonium由一種名為激子的粒子構(gòu)成，而激子則由一個(gè)逃逸電子及其逃逸后留下的空穴組成。

　　經(jīng)歷了近五十年的理論探索后，物理學(xué)家宣布，他們終于證實(shí)了一種名為“Excitonium”的新物質(zhì)狀態(tài)的存在。

研究人員稱(chēng)，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中觀察到了該物質(zhì)及其前驅(qū)階段，這能夠有力證明該物質(zhì)確實(shí)存在。當(dāng)電子受到激發(fā)而“躍遷”時(shí)，會(huì)留下一個(gè)空穴。而這個(gè)空穴會(huì)具有和帶正電荷的粒子相同的表現(xiàn)。由于帶正電荷，該空穴會(huì)吸引電子，兩者配對(duì)構(gòu)成復(fù)合粒子，即一種玻色子，我們稱(chēng)之為激子。研究人員在一系列新實(shí)驗(yàn)中分析了過(guò)渡金屬二硒化鈦(1T-TiSe2)的非摻雜晶體。這支伊利諾伊大學(xué)工程學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)表示，他們用不同的晶體重復(fù)了五次實(shí)驗(yàn)，均取得了相同的結(jié)果。

此前，科學(xué)家一直難以區(qū)分這種物質(zhì)與所謂“Peierls態(tài)”的區(qū)別。兩者其實(shí)毫無(wú)關(guān)系，但結(jié)構(gòu)都有對(duì)稱(chēng)性。為弄清這種獨(dú)特的物質(zhì)狀態(tài)，研究人員提出了一種名叫動(dòng)量分析電子能量損失譜(簡(jiǎn)稱(chēng)M-EELS)的新技術(shù)，比其它方法對(duì)激發(fā)態(tài)更敏感。他們將該儀器與一臺(tái)測(cè)角儀相結(jié)合，從而精確測(cè)量電子動(dòng)量。此外，這還讓科學(xué)家得以首次測(cè)量到粒子的激發(fā)態(tài)。他們甚至觀察到了所謂“板上釘釘”的證據(jù)，即粒子激發(fā)態(tài)的前驅(qū)狀態(tài)——物質(zhì)即將達(dá)到關(guān)鍵溫度的軟等離子激元態(tài)。

　　為弄清這種獨(dú)特的物質(zhì)狀態(tài)，研究人員提出了一種名叫動(dòng)量分析電子能量損失譜(簡(jiǎn)稱(chēng)M-EELS)的新技術(shù)，比其它方法對(duì)激發(fā)態(tài)更敏感。圖為動(dòng)量與能量之間的關(guān)系。

“此次研究結(jié)果具有極其重要的意義，”物理學(xué)教授彼得·阿巴蒙特(Peter Abbamonte)，“自從excitonium這個(gè)詞由哈佛大學(xué)理論物理學(xué)家伯特·哈爾伯因(Bert Halperin)提出，物理學(xué)家就一直在試圖證明它的存在。它究竟是絕緣體、全導(dǎo)體還是超級(jí)流體呢?物理學(xué)家一直對(duì)它的特性爭(zhēng)論不休，并且持各方觀點(diǎn)者都言之鑿鑿。自上世紀(jì)70年代以來(lái)，許多物理學(xué)家都發(fā)表了excitonium存在的證據(jù)。但這些研究結(jié)果都無(wú)法板上釘釘，也可以用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相變來(lái)解釋。”

研究人員稱(chēng)，此次發(fā)現(xiàn)還有助于解釋許多其它量子謎團(tuán)。“我記得安舒爾(Anshul Kogar，參與此次研究的學(xué)生之一)在看到對(duì)二硒化鈦的首批測(cè)量結(jié)果后非常激動(dòng)。”另一名參加實(shí)驗(yàn)的研究生明迪·拉克(Mindy Rak)表示，“當(dāng)時(shí)我們都站在實(shí)驗(yàn)室的白板前，聽(tīng)他說(shuō)自己測(cè)量到了一種前人從未見(jiàn)過(guò)的物質(zhì)狀態(tài)：軟等離子激元態(tài)。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)令我們?cè)谡麄€(gè)項(xiàng)目期間都激動(dòng)不已。我們針對(duì)二硒化鈦的研究讓我見(jiàn)證了M-EELS技術(shù)在促進(jìn)我們了解材料物理特性方面的獨(dú)特作用，并激勵(lì)我繼續(xù)對(duì)二硒化鈦展開(kāi)研究。”