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>vwinchina德赢>激子在某些二维组合中形成超流体:莱斯大学的研究人员在基态双层膜中发现了“悖论”

赖斯大学的理论家认为,某些弱束缚二维材料的组合使得空穴和电子在材料基态结合成激子。这种结合会导致它们凝结成超流体状的相。这一发现显示了电子、自旋电子学和量子计算应用的前景。(学分:雅各布森研究小组/莱斯大学)
赖斯大学的理论家认为,某些弱束缚二维材料的组合使得空穴和电子在材料基态结合成激子。这种结合会导致它们凝结成超流体状的相。这一发现显示了电子、自旋电子学和量子计算应用的前景。(学分:雅各布森研究小组/莱斯大学)

摘要:
混合和匹配的领导在莱斯大学的科学家们认识到激子二维材料的计算模型 - 存在时,电子和空穴结合简单的准粒子 - 可以在新的和有效的方式来操作。

Excitons form superfluid in certain 2D combos: Rice University researchers find �paradox� in ground-state bilayers

德克萨斯州休斯顿市|于2020年6月15日发布

研究人员发现了一小组具有相似原子晶格尺寸的二维化合物,当它们放在一起时,会让激子自发形成。一般来说,当光或电的能量将电子和空穴提升到更高的状态时,就会产生激子。

But in a few of the combinations predicted by Rice materials theorist Boris Yakobson and his team, excitons were observed stabilizing at the materials� ground state. According to their determination, these excitons at their lowest energy state could condense into a superfluidlike phase. The discovery shows promise for electronic, spintronic and quantum computing applications.

“激子”这个词的意思是电子和空穴跳跃进入一个更高的能量,”雅各布森说。所有的冷系统都处于它们可能的最低能量状态,所以没有激子存在。但是我们发现了60年前内维尔·莫特所设想的一个悖论:激子可以在基态形成和存在的物质系统

The open-access study by Yakobson, graduate student Sunny Gupta and research scientist Alex Kutana, all of Rice�s Brown School of Engineering, appears in Nature Communications.

评估成千上万的可能性之后,球队正是仿照23个双层异质结构,其层松散对齐由弱范德华力举行,并计算出放在旁边对方时,他们的带隙对齐方式。(带隙限定的电子具有飞跃,得到的材料其半导体特性的距离完美导体 - 金属或半金属等石墨烯 - 不具有带隙。)

最终,他们为每种组合绘制了相图,这些相图使他们能够看到最有潜力进行实验研究的部分。

最好的组合是通过晶格参数匹配来区分的,最重要的是,通过电子带的特殊位置来区分,这些电子带形成了一个破碎的间隙,也被称为第三类。

研究人员写道,通过施加张力、曲率或外部电场的应力,可以方便地调整最稳健的组合。这可以使激子的相态调谐成玻色-爱因斯坦凝聚或超导BCS凝聚的完美流体性质。

在量子凝聚态中,低温下的玻色子粒子占据集体量子基态。,这支持了宏观量子现象,如超流性和超导性

�Condensate states are intriguing because they possess bizarre quantum properties and exist on an everyday scale, accessible without a microscope, and only low temperature is required,� Kutana added. �Because they are at the lowest possible energy state and because of their quantum nature, condensates cannot lose energy and behave as a perfect frictionless fluid.

�Researchers have been looking to realize them in various solid and gas systems,� he said. �Such systems are very rare, so having two-dimensional materials among them would greatly expand our window into the quantum world and create opportunities for use in new, amazing devices.�

最佳组合为锑碲硒与铋碲氯、铪氮碘与锆氮氯、锂铝碲与铋碲碘的异质结构双层组装。

�Except for having similar lattice parameters within each pair, the chemistry compositions appear rather nonintuitive,� Yakobson said. �We saw no way to anticipate the desired behavior without the painstaking quantitative analysis.

人们永远不能否认有机会发现偶然性——正如罗伯特·柯尔所说,化学就是为了运气——但是在任何实验室里筛选成千上万的物质组合都是不现实的。然而,理论上,这是可以做到的

Yakobson是材料科学和纳米工程学的卡尔F. Hasselmann教授和水稻的化学教授。

美国陆军研究办公室和韦尔奇基金会资助的研究,由国防部,能源部和国家科学基金会提供的计算设施。

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关于莱斯大学
Located on a 300-acre forested campus in Houston, Rice University is consistently ranked among the nation�s top 20 universities by U.S. News & World Report. Rice has highly respected schools of Architecture, Business, Continuing Studies, Engineering, Humanities, Music, Natural Sciences and Social Sciences and is home to the Baker Institute for Public Policy. With 3,962 undergraduates and 3,027 graduate students, Rice�s undergraduate student-to-faculty ratio is just under 6-to-1. Its residential college system builds close-knit communities and lifelong friendships, just one reason why Rice is ranked No. 1 for lots of race/class interaction and No. 4 for quality of life by the Princeton Review. Rice is also rated as a best value among private universities by Kiplinger�s Personal Finance.

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