Neljän kappaleen kvasihiukkaspaketti

Yksi fysiikan keskeisistä tehtävistä on ymmärtää, kuinka eri materiaaleilla on tiettyjä ominaisuuksia, kuten sähköisiä, optisia, lämpö- tai magneettisia ominaisuuksia.

Nämä ominaisuudet ovat kaikkien materiaalien teknisten sovellusten taustalla. Nykyaikainen kvanttiteoria selittää tällaiset ominaisuudet erilaisilla "alkeisherätteillä" eli kvasihiukkasilla.

Tunnettuja esimerkkejä tällaisista kvasihiukkasista ovat kiteen fononit, puolijohteen hilan modifioimat elektronit ja aukot tai ne, jotka ovat edelleen "pukeutuneet" polaroneiksi kutsuttujen fononien avulla.

Monimutkaisempiin kvasihiukkasiin kuuluvat "kahden kappaleen (two-body)" tyyppiset eksitonit, jotka ovat vedyn kaltaisia elektroni-aukko pareja. Kaksi eksitonia voi edelleen sitoutua yhteen muodostaen eksitonimolekyylin, jota kutsutaan bieksitoniksi, joka on samanlainen kuin vetymolekyyli.

Vaikka bieksitoni sisältää yhteensä neljä hiukkasta (2 elektronia ja 2 aukkoa), niiden katsotaan olevan pelkistettävissä kaksikappaleiseksi hiukkasiksi (kaksi eksitonia).

Tiedemiehet ovat teoretisoineet fysiikan eri yhteyksissä, että on olemassa aitoja neljän kappaleen (four-body) kokonaisuuksia, joita ei voida pelkistää kahden kehon kokonaisuuksiksi.

Mutta kokeellisia todisteita on ollut vähän ja harvinaisia, eikä niitä ole toistaiseksi löydetty puolijohteista.

Uudessa eLight- lehdessä julkaistussa artikkelissa tieteilijäryhmä, jota johti professori Cun-Zheng Ning Shenzhenin teknologiayliopistosta ja Tsinghuan yliopistosta, raportoivat kokeellisista tuloksista ja aihetta tukevan teorian, jotka osoittavat ensimmäiset todisteet aidosta nelikappaleisen

kvasihiukkasen, nimeltään quadruplon, olemassaolosta yhden molekyylin paksuisessa puolijohteessa, eli kaksiulotteisessa molybdeeniditelururidissa.

Perimmiltään kirjoittajat pystyivät osoittamaan, että oli olemassa ratkaiseva klusteri, niin sanottu neljännen asteen klusteri, joka sisälsi kaksi elektronia ja kaksi aukkoa, joita ei voida pelkistää alempien kertalukujen yhdistelmiksi. Myös kokeet osoittivat, että neljännen asteen klusterin roolin vastaa uutta yhdistelmäkokonaisuutta tai kvasihiukkasta, joka sisältää kaksi elektronia ja kaksi aukkoa.

Tulevaisuuden osalta kirjoittajat uskovat, että tutkittavaa on paljon. He ryhtyvät mittaamaan samanlaisia spektriominaisuuksia muissa materiaalijärjestelmissä.

Lisäksi kirjoittajat uskovat, että äskettäin löydetyn quadruplonin valoemissio-ominaisuudet ovat erittäin mielenkiintoisia, koska ne saattavat paljastaa uuden vahvasti korreloivan monikappaleisen kompleksin uuden kvanttiluonteen.

Aiheesta aiemmin:

Eksitonit avaavat tietä tehokkaampaan elektroniikkaan

Eksitoneja, bieksitoneja ja polaritoneja samassa materiaalissa

Fasonien metsästystä