新方法可在室温下制造并捕获三粒子

科技日报北京10月17日电 (记者刘霞)据物理学家组织网16日报道,由美国马里兰大学(UMD)主导的一项新研究,开发出一种在室温下合成并捕获三粒子的方法,使操纵三粒子并研究其基本性质成为可能,有望促进生物成像、固态计算和量子计算等领域的发展。

三粒子由3个带电粒子组成,通过非常弱的键能结合在一起。尽管三粒子能比电子携带更多信息,在电子学和量子计算等领域大显身手,但在室温下,三粒子通常不稳定,其间的键很微弱,使其很快会分崩离析。目前,大多数关于三粒子的研究都需要在超冷温度下进行。即使如此,它们“短命”的属性也使科学家很难对其进行控制和研究。

在这项新研究中,论文资深作者、UMD化学与生物化学教授王玉煌(音译)和同事开发出一种在室温下制造并捕获三粒子的方法。他们首先使用化学反应在单壁碳纳米管表面制造出缺陷,缺陷导致纳米管导电表面能量出现凹陷——带电粒子流经并陷落其中的阱。

随后,他们将光子对准碳纳米管,吸收光子后,纳米管中的电子从基态转变到激发态,留下带正电的空穴。空穴与电子紧密结合在一起,形成被称为激子的电子—空穴对。当一个激子和一个电子落入阱中时,结合在一起,形成一个由两个电子和一个空穴组成的三粒子。随着三粒子发生衰变,它会释放出光子,使研究人员观察到明亮的发光。

王玉煌说:“令人兴奋的是,三粒子的能级由阱决定,我们可以使用化学反应操控阱,这意味着,我们可以控制三粒子的能量和稳定性,如此一来,我们有可能建立一个非常干净的系统,研究控制发光二极管和光伏技术的过程,并开发量子信息技术。”

王玉煌解释说,通过改变在纳米管表面上产生的化学缺陷的性质,有可能精确地控制它们捕获的三粒子的电荷、电子自旋和其他性质。在这项研究中观察到的三粒子的亮度是以前报告的7倍多,且其寿命是自由三粒子的100倍以上。

王玉煌团队打算继续精炼这一方法,以精确控制三粒子的合成,研究其基本光学性质。这项研究有望促进生物成像、化学传感、能量捕获、固态计算和量子计算等技术领域的发展。

 

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