物理學家第一次觀測到了轉瞬即逝的「極化子」準粒子
極化子是一種重要的納米級現象：電子和原子之間的一種瞬態結構（稱為準粒子），只存在萬億分之一秒。
這些構型具有著獨特的特性，可以幫助我們理解組成它們的物質的一些神秘行為。剛剛，科學家們第一次觀測到了它們。
這次，極化子是在鉛雜化鈣鈦礦中測得的。鈣鈦礦是下一代太陽能電池材料，有望提高轉換率，其性能超過目前主要使用的矽電池板。科學家們希望極化子的觀測，能在某種程度上告訴我們鈣鈦礦是如何將陽光轉化為電的。
為了找到極化子，科學家們用一種被稱為「直線加速器相干光源（LCLS）」的巨型X射線自由電子雷射器對鉛雜化鈣鈦礦單晶進行了研究。這種雷射器能夠在最短的時間內，以最小的尺度對材料進行成像，最短的時間可達萬億分之一秒（或皮秒）。
上圖：鉛雜化鈣鈦礦中的極化子。
美國能源部阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）的物理學家告訴我們：「當你用光照射一種材料時，就像在太陽能電池中發生的那樣，電子會被釋放，這些自由電子開始在材料周圍移動。很快，它們就被一種局部扭曲的氣泡包圍和吞沒了，這種氣泡就是極化子。一些人認為，這個氣泡可以保護電子不被材料中的缺陷散射掉，並有助於解釋為什麼它們能如此有效地到達太陽能電池的觸點，以電流的形式流出。」
儘管，鈣鈦礦作為太陽能電池板材料很有前途，但其原因還不完全清楚：它們有很多缺陷，限制了電流通過它們的能力，而且它們以易碎和不穩定著稱。極化子也許能提供一些答案。
這些極化子本質上是材料原子晶格結構的短暫移動扭曲，並向外移動了大約10層原子。這種扭曲使周圍原子的間距增加了約50倍，達到50億分之一米，超過幾十皮秒。
這些微小的扭曲或氣泡比科學家預期的要大，這是由於混合鈣鈦礦的柔性和軟原子晶格結構所允許的。這種物質在某些方面同時表現為固體和液體。
史丹福大學的材料科學家解釋道：「這些材料由於效率高、成本低，在太陽能研究領域掀起了一場風暴，但人們仍然對它們的工作原理爭論不休。極化子可能已經存在很多年了，但我們的實驗是第一次直接觀察到這些局部扭曲的形成，包括它們的大小、形狀和演化方式。」
雖然，鈣鈦礦已經被用於太陽能生產中，通常與矽結合使用，但它們也並非沒有挑戰。儘管我們已經看到這些材料可顯著提高效率，但據推測它們具有更大的能力。
隨著時間的流逝，科學家繼續克服各種障礙，使太陽能電池板效率保持在其應有的水平之上。並且，由於我們對太陽能發電場的依賴性不斷提高，即使僅有幾個百分點的改善也可以帶來很大的不同。
然而，研究極化子的科學家們強調，他們還沒有全面了解圍繞這些準粒子的所有問題 —— 關於它們對鈣鈦礦和其他材料的影響，還有很多要了解的。
雖然，這次的研究實驗已經直接地表明這些物體確實存在，但它並沒有說明極化子對太陽能電池效率的貢獻。為了了解這些過程如何影響這些材料的性能，科學家們還需要做更多的工作。