本文转自：参考消息
参考消息网8月28日报道据英国科学新闻网站8月1日报道，美国麻省理工学院的物理学家和研究人员报告了对奇异粒子的新见解。奇异粒子对一种磁性形式至关重要，而这种磁性形式引起了越来越多的关注，因为它源自厚度仅为几个原子层的超薄材料。这项研究可能会影响未来的电子产品和更多领域，它还建立了一种新技术，即通过美国布鲁克黑文国家实验室国家同步辐射光源Ⅱ的一台强大仪器研究这些粒子。
研究团队找到了被称为激子的奇异粒子的微观起源。他们展示了如何通过在化学上“调整”材料(主要由镍组成)来控制激子。此外，他们还发现，激子可以在整块材料中四处扩散，而不是与镍原子绑定。
最后，他们证明了这些发现背后的机理在类似的镍基材料中普遍存在，从而为找到和控制具有特殊电子和磁特性的新材料打开了大门。
相关研究报告发表在7月12日一期的美国《物理评论X》杂志上。
麻省理工学院物理学副教授、这项研究的负责人里卡尔多·科明说：“我们基本上已经开发出一种新的针对这些磁性二维材料研究的研究方向，这一研究方向在很大程度上有赖于一种先进的光谱学技术，即共振非弹性X射线散射，这可以在布鲁克黑文国家实验室中获得。”
这项研究所涉及的磁性材料被称为二卤化镍。这种材料由镍原子层夹在卤素原子层之间组成，可以分离成超薄层。物理学家研究了镍分别与卤素氯、溴和碘组成的三种不同材料的电子特性。尽管这些材料的结构看似简单，但它们却产生各种磁性现象。
研究团队对这些材料的磁特性在接触光时会如何反应很感兴趣。他们对特定粒子——激子——以及它们与潜在磁性的关系特别感兴趣。激子究竟是如何形成的？它们可以被控制吗？
固体材料由不同类型的基本粒子——例如质子和电子——组成。在此类材料中，公众不太熟悉的“准粒子”也普遍存在。准粒子包括激子，激子由电子与“空穴”相互环绕形成。空穴是光照在材料上、光子的能量导致电子跳出其正常位置时留下的空间。
然而，由于量子力学的奥秘，电子与空穴仍然相连，可以通过静电作用相互“通信”。这种相互作用导致电子和空穴形成一种新的复合粒子——激子。
与电子不同，激子不带电，但会自旋。自旋可以被认为是一种基本磁体，其中的电子就像以某种方式指定方向的小针。在普通的冰箱磁铁中，所有自旋都指向同一方向。一般来说，自旋可形成不同种类的磁体。与二卤化镍材料相关的独特磁性是这些不太常规的磁性形式之一，这使其对基础研究和应用研究都具有吸引力。
麻省理工学院的研究团队研究了二卤化镍材料中激子的形成方式。具体而言，他们确定了在他们研究的三种材料中产生激子所需光的确切能量，或者说波长。
研究报告的作者之一康纳·奥基亚利尼说：“通过在化学上‘调整’，或者说把卤素原子从氯变换成溴、再变换成碘，我们能够测量并确定在三种不同的二卤化镍材料中形成激子所需的能量。这是了解有朝一日可能如何将光子用于同这些材料的磁性状态相互作用或监测这些材料的磁性状态的重要一步。”
最终的应用包括量子计算和新型传感器。
这项研究还可以帮助预测包含可能具有其他有意思特性的激子的新材料。此外，虽然所研究的激子源于镍原子，但研究团队发现它们并不是待在镍原子所在的位置。
奥基亚利尼说：“我们的研究表明，它们实际上可以在整个晶体内的不同位置之间跳跃，观察激子跳跃为了解它们与材料磁性的相互作用提供了一个窗口。”
对这项有关激子的研究——特别是观察激子跳跃——发挥关键作用的是共振非弹性X射线散射(RIXS)。这是研究人员开创的一项实验技术。世界上只有少数设施拥有先进的高能量分辨率RIXS仪器。其中一个设施位于布鲁克黑文国家实验室。
研究人员说，RIXS对源自镍原子的激子具有特定的敏感性，使研究团队能够“确定二卤化镍系统一般框架的基础。这让我们可以直接测量激子的扩散”。（编译/马丹）
