知新了了 2026-11-09 12:47:25
由于有机半导体与液晶发生反应,研究人员需要确保所有测量都在样品组装完成后几小时内完成。
来自欧洲多家研究机构的合作研究,在激子-极化激元玻色-爱因斯坦凝聚体中观察到一种名为“超固态”的新量子物态。这种量子态是电可调的,并可在室温下观察到,为未来的量子光子器件铺平了道路。
早在20世纪60年代,物理学家就从理论上预言,超流体可以在类晶体结构中形成。超流体是一种非凡的物态,其黏度完全消失,流体可以无阻力地通过狭窄通道。它能在刚性晶体结构中存在,这似乎自相矛盾。
然而在2017年,人们已在超冷原子玻色-爱因斯坦凝聚体中通过实验观察到两者共存所产生的相——超固态。来自华沙大学、波兰军事技术大学、IBM苏黎世研究院和法国国家科学研究中心(CNRS)的一组研究人员走了另一条路线,想看看能否在室温下达到这种量子态。
利用光实现量子态
在他们的方法中,研究人员利用光学微腔内光与物质之间的强耦合来产生激子-极化激元——一种杂化准粒子。光学微腔中填充了专门设计的液晶,并涂覆了有机半导体,这使得即使在室温下也能实现耦合。
虽然这些准粒子仅持续几皮秒,但足以形成玻色-爱因斯坦凝聚体,随后表现得像量子超流体。当这种超流体转变为超固态时,可通过观察样品发出的规则间隔明亮光条纹来识别。
不过有趣的是,用于激发样品的每个激光脉冲都在不同位置产生亮条纹。“这是自发对称破缺的教科书式范例,”帕斯卡研究所(CNRS)教授纪尧姆·马尔皮埃什解释道。“理论预测超固态可以在若干等价态中作出选择,而这正是我们观察到的。”
该团队还同时观察到两种不同的有序形式:一种体现在偏振上,另一种体现在光强上。
具有挑战性的研究
由于有机半导体与液晶发生反应,研究人员需要确保所有测量都在样品组装完成后几小时内完成。重复实验意味着必须用新样品从头开始,这使得研究比预期更具挑战性。
IBM苏黎世研究院负责进行测量,并在波兰军事技术大学制造的光子结构上沉积有机半导体薄膜。
新闻稿称,尽管IBM苏黎世研究院多年来一直研究有机半导体薄膜,甚至在其中观察到玻色-爱因斯坦凝聚体,但这是他们首次使用液晶微腔。
大多数奇异量子态研究需要接近绝对零度的超低温。然而,这项研究表明,利用光子体系,这类量子态也可以在室温下观察到。
“我们的液晶微腔甚至可以在接近60°C的温度下工作,”波兰军事技术大学教授维克托·皮耶克补充道。
由于光学微腔可以调谐,且其性质可通过外部电压改变,它们使更实用的量子光子器件成为可能,也有助于研究光与物质的量子相。
研究成果发表于《科学进展》。
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发布时间:2026-11-09 11:03:05
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