半导体中的“单身狗”比你想得要少：新型准粒子揭示更多相互作用

柏林工业大学的研究人员在《通讯物理》（Communications Physics）上发表了一篇文章，报道了他们在半导体中发现一种新型准粒子，被称为“collexon”。它是由材料原子晶格带中的电子和带正电空穴构成，虽然是一个“粒子群”，但是发生作用时却像一个单一亚原子粒子。

图 | 一种被称为“collexon”新型准粒子的发现，揭示了半导体（比如硅基片）中粒子之间复杂的相互作用。

柏林工业大学的物理学家 Christian Nenstiel 及其同事认为，collexon 类似于一种被称作激子（excition，由电子/空穴对构成）的准粒子。不过，激子里的电子/空穴对都是“单打独斗”，而 collexon 中的电子/空穴对则与周围的电子结合起来发生作用。

研究人员将锗原子引入到氮化镓半导体中，并用激光辐照材料，观察该材料如何发光，进而发现了这一新粒子。在激子的类似实验中，随着引入原子（比如锗原子）数量的增加，来自激子的辐射会逐渐消失。但是，本研究中随着引入原子浓度的升高，会发生不同波长的光辐射。研究人员认为，这是由于锗原子的引入，造成了大量的游离电子，它们能够帮助稳定激子，进而形成了新型准粒子。

文章作者之一、瑞士洛桑联邦理工学院的 Gordon Callsen 表示，现在来预测具体的应用还为时尚早。但是，他认为该项研究说明了一个问题，即研究人员低估了半导体中粒子之间的相互作用。另外，他还表示：“还有很多有趣的物理现象在等着我们去发现”。

半导体是现代电子工业的基础，而新型准粒子的发现有助于研究人员更好地了解半导体，进而推动电子产业的发展。

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编辑：maggie

校审：戴青

参考：

https://www.sciencenews.org/article/new-quasiparticle-collexon-lurks-semiconductors

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