科学家们一直在寻找下一个奇怪而奇妙的材料,刚刚,他们找到了:一种玻色子相关绝缘体,这是它的技术名称,它既是一种新材料,也是一种全新的物质状态。

它是由一层二硒化钨和一层二硫化钨组成的晶格,它们彼此重叠,但又没有完全对齐。这种轻微的错位产生了所谓的莫尔条纹,这里揭示了一些有趣的特性。

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要了解这种物质的特殊之处,你需要了解什么是玻色子和费米子。在量子层面上,粒子分为两种主要类型:玻色子(像光子一样的力载体)可以共享相同的量子态,而费米子(像电子一样的物质粒子)则不能。通常,费米子更容易处理。

来自加州大学圣巴巴拉分校(UCSB)的凝聚态物理学家陈浩金(音译)说:“传统上,人们花了大部分精力来了解,当你把许多费米子放在一起时会发生什么。我们工作的重点是,我们基本上用相互作用的玻色子制造了一种新材料。”

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费米子也有半整数的量子自旋(例如,1/2,3/2,5/2),不像玻色子的全整数(任何整数)自旋,这就是它变得更有趣的地方。

两个费米子,一个带负电荷的电子和一个带正电荷的相反“空穴”(电子可能存在的地方),也可以结合形成一个具有完整整数自旋的激子,然后,它也可以作为玻色子粒子发挥作用。

研究人员利用一种称为“泵浦一探测光谱”的基于光的技术,创造并探测了系统中激子的行为 —— 来自二硫化钨的电子和来自二硒化钨的“空穴”。

科学家们观察到,激子在强相互作用的驱动下达到一定的密度,并变得无法移动。这种不动导致了一种晶体状态,它充当绝缘体,一种特殊的材料,一种以前从未见过的状态。

加州大学伯克利分校(UCSB)的物理学家熊日晨(音译)说:“这里发生的事情是,我们发现了促使玻色子进入高度有序状态的关联。”

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这就是晶格设置示意图。WSe2=二硒化钨。WS2=二硫化钨。洋红色球体表示空穴,青色球体表示电子。

该团队认为,他们的方法可能会导致更多玻色子材料的进一步发现,并为所有科学家在真实场景中研究玻色子,而不是在合成系统中研究玻色子提供了一种改进的方法。

如果,一种新发现的物质不能立即找到实际用途,你可能会认为它不那么重要 —— 但这些奇异的新发明帮助科学家了解我们周围的宇宙是如何组成的。

虽然,激子在过去已经得到了很好的研究,但值得注意的是,它们彼此之间的强烈反应以及由此产生的性质 —— 由莫尔条纹晶格和泵浦探针光谱产生。

物理学家熊日晨(音译)表示:“我们知道一些材料具有非常奇怪的特性。凝聚态物理的一个目标就是,理解为什么它们具有这些丰富的特性,并找到使这些行为更可靠地出现的方法。”

这项研究发表在《科学》杂志上。

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