新方法可在室溫下制造并捕獲三粒子 有助促進量子計算等領域的發展

2019-10-17 16:27:50 來源: 科技日報 作者: 劉霞


由UMD領導的研究團隊開發了一種在室溫下制造并捕獲三粒子的方法。
圖片來源:物理學家組織網

科技日報記者 劉霞

據物理學家組織網16日報道,由美國馬里蘭大學(UMD)主導的一項新研究,發現了一種在室溫下可靠地合成并捕獲三粒子(Trions)的方法,使操縱三粒子并研究其基本性質成為可能,有望促進生物成像、固態計算和量子計算等領域的發展。

三粒子由3個帶電粒子組成,它們通過非常弱的鍵能結合在一起。盡管三粒子能比電子攜帶更多信息,在電子學和量子計算等領域大顯身手,但在室溫下,三粒子通常不穩定,且由于其間的鍵很微弱,使其很快會分崩離析。目前,大多數關于三粒子的研究都需要在超冷溫度下進行。即使如此,它們“短命”的屬性也使科學家很難對其進行控制和研究。

在這項新研究中,論文資深作者、UMD化學與生物化學教授王玉煌(音譯)和同事發明了一種在室溫下制造并捕獲三粒子的新方法。

他們首先使用化學反應在單壁碳納米管表面制造出了缺陷,缺陷導致納米管導電表面能量出現凹陷——帶電粒子流經并陷落其中的阱。

隨后,他們將光子對準碳納米管,吸收光子后,納米管中的電子從基態轉變到激發態,留下帶正電的空穴。空穴與電子緊密結合在一起,形成被稱為激子的電子-空穴對。當一個激子和一個電子落入由阱中時,結合在一起,形成一個由兩個電子和一個空穴組成的三粒子。隨著三粒子發生衰變,它會釋放出光子,使研究人員觀察到明亮的發光。

王玉煌說:“令人興奮的是,三粒子的能級由阱決定,我們可以使用化學反應操控阱,這意味著,我們可以控制三粒子的能量和穩定性,如此一來,我們有可能建立一個非常干凈的系統,研究控制發光二極管和光伏技術的過程并開發量子信息技術。”

  王玉煌解釋稱,此外,通過改變在納米管表面上產生的化學缺陷的性質,有可能精確地控制它們捕獲的三粒子的電荷、電子自旋和其他性質。在這項研究中觀察到的三粒子的亮度是以前報告的7倍多,且其壽命是自由三粒子的100倍以上。

  王玉煌團隊打算繼續精煉這一方法,以精確控制三粒子的合成,并研究其基本光性質。最新研究有望促進生物成像、化學傳感、能量捕獲、固態計算和量子計算等技術等領域的發展。

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責任編輯: 常麗君
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