物理学家称一种名为Excitonium的新物质状态终获证

北京时间12月13日消息，据国外媒体报道，经历了近五十年的理论探索后，物理学家宣布，他们终于证实了一种名为“Excitonium”的新物质状态的存在。Excitonium由一种名为激子的粒子构成，而激子则由一个逃逸电子及其逃逸后留下的空穴组成。

经历了近五十年的理论探索后，物理学家宣布，他们终于证实了一种名为“Excitonium”的新物质状态的存在。　　

研究人员称，他们在实验中观察到了该物质及其前驱阶段，这能够有力证明该物质确实存在。当电子受到激发而“跃迁”时，会留下一个空穴。而这个空穴会具有和带正电荷的粒子相同的表现。由于带正电荷，该空穴会吸引电子，两者配对构成复合粒子，即一种玻色子，我们称之为激子。研究人员在一系列新实验中分析了过渡金属二硒化钛(1T-TiSe2)的非掺杂晶体。这支伊利诺伊大学工程学院的研究团队表示，他们用不同的晶体重复了五次实验，均取得了相同的结果。

此前，科学家一直难以区分这种物质与所谓“Peierls态”的区别。两者其实毫无关系，但结构都有对称性。为弄清这种独特的物质状态，研究人员提出了一种名叫动量分析电子能量损失谱(简称M-EELS)的新技术，比其它方法对激发态更敏感。他们将该仪器与一台测角仪相结合，从而精确测量电子动量。此外，这还让科学家得以首次测量到粒子的激发态。他们甚至观察到了所谓“板上钉钉”的证据，即粒子激发态的前驱状态——物质即将达到关键温度的软等离子激元态。

为弄清这种独特的物质状态，研究人员提出了一种名叫动量分析电子能量损失谱(简称M-EELS)的新技术，比其它方法对激发态更敏感。图为动量与能量之间的关系。　　“此次研究结果具有极其重要的意义，”物理学教授彼得·阿巴蒙特(Peter Abbamonte)，“自从excitonium这个词由哈佛大学理论物理学家伯特·哈尔伯因(Bert Halperin)提出，物理学家就一直在试图证明它的存在。它究竟是绝缘体、全导体还是超级流体呢?物理学家一直对它的特性争论不休，并且持各方观点者都言之凿凿。自上世纪70年代以来，许多物理学家都发表了excitonium存在的证据。但这些研究结果都无法板上钉钉，也可以用传统结构相变来解释。”

研究人员称，此次发现还有助于解释许多其它量子谜团。“我记得安舒尔(Anshul Kogar，参与此次研究的学生之一)在看到对二硒化钛的首批测量结果后非常激动。”另一名参加实验的研究生明迪·拉克(Mindy Rak)表示，“当时我们都站在实验室的白板前，听他说自己测量到了一种前人从未见过的物质状态：软等离子激元态。这项发现令我们在整个项目期间都激动不已。我们针对二硒化钛的研究让我见证了M-EELS技术在促进我们了解材料物理特性方面的独特作用，并激励我继续对二硒化钛展开研究。”