北京
美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员在一项新研究中，首次在仅有几个原子厚的半导体薄片里，直接捕捉到激子的玻色-爱因斯坦凝聚（BEC），并发现这一凝聚体并非以往认为的“千人一面”，而是隐藏着一种能被外部磁场精细调控的内部结构。这一成果为高温量子态和新型量子器件开辟了全新的设计空间。
激子是由一个被激发到高能带的电子与其留下的带正电空穴，通过库仑力束缚而成的准粒子。当大量激子作为玻色子被冷却到极低温度时，它们会集体跌入同一最低能态，形成一个可以用单一波函数描述的宏观量子“超级粒子”，这便是玻色-爱因斯坦凝聚，也被称为物质的第五态。如果在半导体中实现激子BEC，就能把量子相干的舞台从庞大的激光冷却原子装置搬到指甲盖大小的芯片上。
但这条路走了六十多年仍然充满坎坷。最大的绊脚石是光生激子的寿命极短——通常只有飞秒到皮秒量级，在不足十亿分之一秒的时间里，激子还没来得及彼此“沟通”和同步就湮灭了，凝聚无从谈起。此次，劳伦斯伯克利实验室的王峰团队设计了一种二维半导体器件，让激子处于寿命更长的基态，从而为凝聚创造了条件。
“早先的研究虽显示电子与空穴能结合成激子，却一直没有简单方法判断它们是否真的形成了凝聚体，更别说弄清凝聚体内部的量子秩序。”王峰解释，“我们的工作提供了一条直接探知那种隐藏结构的途径。”这一发现意味着，未来量子信息科学和器件研究可能将获得一个可调可控的全新固态平台。
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