什麼是激子(Exciton),以及激子BEC的基本筆記

2020-12-03 物理Note

激(Exciton)

Exciton BEC in Semiconductor

BEC系統,是低溫下,由玻組成的多體的系統。

什麼是激

當電吸收光躍遷到更的能級。激就產了。受激的電在之前的位置留下個「空」。這種電-空對,就是「激」。類似於,你坐在車上,繫著安全帶,當路很顛簸時,你會被彈起來,誇張點說,會離開座位,但又不遠,因為有安全帶。這的安全帶就是電和空的靜電作。但最終還是會回到座位上去。從座位上離開的你就是電,座位就是空。此時的電和空有靜電作組合在起,整體是激。

點說明:

激通常只能在低溫下實現,但研究者發現,兩種不同材料的邊界上,電從邊界的側激發到另側時,也能產激,且是在室溫下即可。 激只出現在半導體或絕緣體材料中,激的性質可以在維材料中實現,如墨烯等。 當兩種維材料結合起來時,如WSe2和MoS2相結合,「激」代替電,可實現室溫下的新型電晶體:激電晶體。 WSe2和MoS2形成的範德爾斯異質結,可對層之間的激進控制和偏振切換。具體法是,採雷射器產圓偏振光,稍微移動兩種材料的位置創造出莫列波紋,從實現激改變和調整光線的偏振,強度,波長等。

研究「激」的意義

電子器件的性能來到了物理極限。利用電荷來傳輸與處理數據,帶來的是發熱和性能降低。電子除了電荷,還有自旋。利用自旋的性質可改善這一情況。於是出現了很多自旋電子器件,如美國德克薩斯大學的全碳自旋邏輯器件,新加坡國立大學亞鐵磁體的自旋電子器件。電子除了電荷,自旋,還有第三個自由度-谷電子學(Valleytronics).

某些半導體,First Brillouin Zone的能帶有多個局部最小(大)值,這些最小值是一種自由度。

Valleytronics是控制谷自由度的技術。利用能帶結構的極值來讀取,存儲和處理信息。二進位的0和1對應不同的動量離散值。

比如,美國賓州州立大學通過雙層石墨烯,控制電子運動,實現了低能耗的半導體電子設備,這是Valleytronics的重要一步。

通過操縱「激子」的谷,這種穀與電子和空穴的能量極值有關,是Valleytronics的新進展。瑞士洛桑聯邦理工學院實現了室溫條件下的激子控制,並進一步發現了一種控制激子,即控制由激子產生的光線的偏振的方法。

Summary

所以說,這個東西和之前Z老師給到的一篇文獻有關(self-interfering wave packets),介紹的就是某種激子的BEC。

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