據物理學家組織網3月29日報道，美國科學家首次觀察到了激子內(nei) 發生自發相幹現象時的各種圖案，最新研究有助於(yu) 他們(men) 更好地理解激子以及物質的量子屬性，也有望讓科學家們(men) 研製出新的光電計算設備和消費設備，因為(wei) 研製出這些光電設備需要深入了解物質和光的基本屬性。研究發表於(yu) 3月29日出版的《自然》雜誌。

      激子是指半導體(ti) 內(nei) 相互依附的電子和空穴對，其決(jue) 定了半導體(ti) 的光學屬性並使半導體(ti) 具有光電設備的功能。加州大學聖地亞(ya) 哥分校的物理學教授列奧尼德·布托夫領導的科研團隊將激子冷卻到絕對零度（零下273.15攝氏度）左右，並借用設備，在高於(yu) 絕對零度0.1攝氏度的條件下觀察到了激子的自發相幹、自旋紋理和相位奇點。

       2002年，布托夫發現，當激子被冷卻到足夠低溫時，其會(hui) 自發排列成一個(ge) 有序的微小滴珠陣列，就像一串迷你珍珠項鏈。在最新實驗中，他們(men) 發現，激子粒子的自旋在空間內(nei) 並非完全一樣，而是會(hui) 圍繞這些小滴珠形成一定的圖案，他們(men) 稱之為(wei) “自旋結構”。他們(men) 也發現，自發相幹圖案不僅(jin) 同自旋極化圖案有關(guan) ，也同相幹激子氣體(ti) 內(nei) 的相位奇點有關(guan) 。

       該研究論文的第一作者、研究生阿曆克斯·海表示：“看到這些圖案令人吃驚。更令人驚奇的是，對極化進行測量表明，相幹和極化之間強烈相關(guan) 。”布托夫說：“最新研究有助於(yu) 我們(men) 理解激子的基本屬性以及信號處理過程，這對未來建造出激子設備不可或缺。”

       物理學家們(men) 讓激光器照射在被冷卻的砷化镓（製造手機晶體(ti) 管的原材料）樣本上製造出了激子。光會(hui) 將電子由它們(men) 盤踞的原子軌道踢出，從(cong) 而製造出一個(ge) 帶負電荷的“自由”電子和一個(ge) 帶正電荷的“空穴”，它們(men) 之間的庫侖(lun) 相互作用在一定條件下會(hui) 使它們(men) 在空間上束縛在一起，成為(wei) 激子。然而，因為(wei) 電子和空穴非常接近，當光出現時，它們(men) 有時會(hui) 相互湮滅。

      為(wei) 了不讓湮滅悲劇發生，布托夫團隊將電子和相對應的空穴分別置於(yu) 不同的納米大小的量子勢阱內(nei) ，這使得製造出的激子具有所需要的壽命，在本次試驗中，大約為(wei) 50納秒。海表示：“在這段時間內(nei) ，激子會(hui) 冷卻形成凝聚物，並展示出令人感興(xing) 趣的自旋物理學。”

      科學家們(men) 還使用了幹涉儀(yi) ，將光分成兩(liang) 個(ge) 不同的路徑，從(cong) 而使他們(men) 能比較同一樣本的兩(liang) 個(ge) 不同區域的情況，首次看到激子內(nei) 自發相幹的詳細細節。海說：“以前的實驗需要使用光纖並在稀釋製冷機內(nei) 進行，但最新設備讓我們(men) 能在非常低的溫度下給激子拍照，這一點非常重要。”