半导体晶体中发现新型准粒子

2018年07月30日08:44  来源:科技日报
 

英国《自然》旗下《通讯·物理》杂志日前发表了一项物理学新成果:德国科学家描述了一种在高质量半导体晶体中发现的新型准粒子——“Collexon”,其可以印证准粒子存在的材料所表现出的独特光学特征,以及不同寻常的物理特性,而这些特点对基础科学和应用科学都非常重要。

在由许多不同粒子组成的微观系统(如固体材料)中,每个粒子的运动都是复杂的,是该粒子与周围粒子之间的各种强烈相互作用的产物。为了能够更简单地了解这些系统的行为和特性,物理学家们重新构想了固体,想象它们包含的是在自由空间中弱相互作用的粒子。这些“准粒子”具有不同的类型,可以带来有关材料特性的不同认知。

此次,德国柏林工业大学科学家克里斯丁·南斯泰尔及其同事,将氮化镓半导体晶体中的原子替换为锗原子,他们在维持原始晶体结构的同时,实现了高浓度的原子取代。然而,这样的原子取代改变了晶体的物理特性——增加了固体中自由电子的浓度。

通过分析这些经过特殊处理的晶体对光的吸收和发射,研究团队观察到一种现象,被他们称为新型准粒子的“Collexon”的稳定性,会随着电子气密度的上升而上升。他们认为这可能是所有半导体的标准特性——只要能够实现相同水平的原子取代即可。

如果这些发现可以进一步得到理论研究的支持,那么准粒子“Collexon”可以被认为是半导体材料具有的共同特征。半导体是现代技术的基础,提高我们对其电子结构的理解,既有益于理论研究,也有益于应用研究。(张梦然)

(责编:赵清(实习生)、熊旭)

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