研究人员实现准粒子成像
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上图演示了研究人员是如何生成半光、半物质的准粒子的，即一种称为激子极化激元的物质。从左上方的激光照射在一个瞄准了扁平半导体的纳米成像系统的尖端上。半导体上的红圈是与准粒子相关的波。 vQy$[D*
Zhe Fei指着电脑屏幕上相垂直的亮的和暗的线。这种纳米图像，他解释说，显示出与半光半物质有关的波，半物质准粒子会在半导体内移动。 \KN dZC?V2
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“这些波就像水波一样，”爱荷华州立大学物理和天文学助理教授Fei说，他是美国能源部艾姆斯实验室的一名同事。“就像把石头扔到水面上会看到波浪一样。但这些波是激子极化激元”。 +]_nbWL(%
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激子极化激元是一种光和物质的组合。像所有的准粒子那样，它们在一种固态中被创造出来，并且拥有其物理性能如能量和动量。在这项研究中，他们通过照射激光到一个对准在钼硒化物（MoSe2）薄片上的纳米成像系统的尖端，而这种层状半导体能够支持激子。 yIa[y Jq
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当光被半导体吸收时会形成激子。当激子与光子形成强烈的耦合对时，它们就会产生激子极化激元。 ~ z>BfL
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这是学者对激子极化激元的实空间图像的首次演示。Fei说，过去的研究项目使用的光谱研究记录在光学光谱激子极化激元共振峰或凹陷。直到最近几年，大多数的研究只在极冷的温度下约零下450华氏度观察到的准粒子。 W8x[3,gT
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但Fei和他的研究小组在他们学校实验室中利用扫描近场光学显微镜在室温下就观察到了准粒子的纳米光学图像。 <g*.p@o
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“我们这是首次展示出了这些准粒子的图像以及它们是如何传播、干扰和发射的，”Fei说。 h*G#<M
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例如，研究人员测量了超过12微米传播长度的室温激子极化激元。 =tNzGaWJ
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Fei说，在室温中创造出激子极化激元以及对其传播特性的研究对于准粒子未来的应用具有重要的意义。有一天，他们甚至或可以用来构建纳米光子电路从而取代电子电路，利用纳米能量实现信息的传递。 6QW<RXom
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Fei说，具有大带宽的纳米光子电路可能比目前的电路速度高达100万倍。
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由Fei领导的一个研究小组最近在《自然光子学》杂志上发表了这一发现。该论文的第一作者是Fengrui Hu，是爱荷华州立大学的物理学和天文学博士后。其他的共同作者有Yilong Luan，一个爱荷华州立大学的物理学和天文学博士生；Marie Scott，是华盛顿大学的毕业生，以及橡树岭国家实验室和田纳西大学的Jiaqiang Yan和David Mandrus，还有华盛顿大学的Xiaodong Xu。 o|0
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研究人员的工作得到了爱荷华州和艾姆斯实验室基金的支持，从而启动了Fei的研究计划。洛杉矶的W.M. Keck基金会也对该项目的纳米光学成像部分给予了支持。 3y/1 !A3
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研究人员还发现，通过改变钼硒化合物半导体的厚度，他们可以操纵的激子极化激元的特性。 :cEd [Jm9
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Fei自从在加利福尼亚大学圣地亚哥分校毕业后一直致力于在准粒子、石墨以及其他二维材料领域进行研究，他早期的研究为如今激子极化激元的研究奠定了基础。 ^t`f 1rGR
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“我们需要进一步探索激子极化激元物理特性以及这些准粒子的可操纵性，”他说。 8znj~7}#
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这可能会实现新的器件，如量子晶体管，Fei说。有一天或可实现光子和量子技术的突破。 aN:HG)$@
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原文来源：https://phys.org/news/2017-06-image-quasiparticles-faster-circuits-higher.html
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