凝聚體能讓玻色子0阻力流動，又一種製造高溫超導體的方法誕生！

2020-10-18 博科園

康奈爾大學領導的新研究，通過探索原子級半導體中的激子，為物理學家一個難以實現的目標（高溫超流性）指明了方向。由束縛電子-空穴對組成的激子是能夠存在於絕緣體和半導體中可移動的能量束。通過使用具有大結合能的激子，研究人員能夠將冷凝溫度提高一百倍，從大約1開爾文（-272.15℃）到大約100開爾文（-173.15℃），室溫大約是295開爾文（22℃）。雖然高溫超流性仍有待證明，但這種強大的玻色-愛因斯坦凝聚物可能會促使更明亮、更高效的照明系統，使傳統LED相形見絀。

其研究發現現在發表在《自然》期刊上，該研究的主要作者、博士後研究員王澤芳(Zfang Wang，Ph.D.『18)說：在比早期研究高得多的溫度下實現激子凝聚，為在明顯不那麼嚴格的實驗條件下，探索物質的這一量子階段提供了一個令人興奮的機會。量子粒子分為兩個基本類別：玻色子和費米子這兩類粒子區別在於它們的自旋。玻色子是社會化的人，很高興被聚集在一起；費米子就像公共汽車上的乘客，不想坐在一起。

一種類型的玻色子是激子，它由兩個費米子組成，一個電子與一個電子空穴配對。這是系統中沒有電子，設法克服它們的反社會傾向，愉快地附著在其他粒子上。2-D原子雙層中的激子質量也很輕，尺寸很小，所以它們可以緊密地堆積在一起（比傳統材料中的原子和激子多得多）併集體行為，這可以允許流動而沒有粘度或阻力，這些是在較高溫度下實現冷凝和超流的理想條件。共同高級作者，藝術與科學學院物理學副教授Kin Fai Mak和工程學院應用和工程物理教授單傑（音譯）說：

物質的量子態通常非常脆弱，這就是為什麼必須在實驗室裡將它們降溫到非常低的溫度，以保護它們並將它們與環境隔離的原因。但是，如果能創造出一種更穩定的物質量子態，它可以在高溫，甚至在環境條件下快樂地生活，那麼你可以用它做很多事情。其中一個潛在的應用是光電子學，在傳統的LED中，激子的行為是獨立的，而不是合作的，因為它們不處於凝聚狀態。但一旦凝聚，粒子可以集體重組並更有效地產生光子。實際上，可以創造出比傳統LED更明亮，更節能的光源。

該研究團隊採用了一種明確的「低技術」方法來組裝凝聚層：使用透明膠帶從晶體上剝離原子的單層，並將它們與電子和空穴重新堆疊間隔約1納米，並排列成最大限度地吸引形成社交愛好的玻色子。凝聚體的一個突出特性是玻色子可以在沒有阻力的情況下流動，這意味著每一層本身就是一個超導體。所以創造高溫超導體的另一種途徑基本上是製造這種類型的結構，並分別測量每一層上的電阻，看看它是否具有零電阻，科學家們正在進行這種類型的實驗。

博科園｜研究/來自：康奈爾大學

參考期刊《自然》

DOI: 10.1038/s41586-019-1591-7

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