物理学家创造新的奇异物质状态玻色子相关绝缘体

这是第一次在真实的——而不是合成的——物质系统中产生高度有序的玻色子粒子晶体，称为激子。

亚原子粒子有两大类之一：费米子和玻色子。最大的区别之一是他们的行为。

玻色子可以占据相同的能级;费米子不喜欢呆在一起。这些行为共同构成了我们所知的宇宙。

费米子，例如电子，是我们最熟悉的物质的基础，因为它们很稳定并通过静电力相互作用。

与此同时，玻色子，如光子，往往更难创造或操纵，因为它们要么转瞬即逝，要么彼此不相互作用。

“他们不同行为的线索在于他们不同的量子力学特征，”第一作者、加州大学圣巴巴拉分校的研究生 Richen Xiong 说。

“费米子具有半整数自旋，例如 1/2 或 3/2 等，而玻色子具有整数自旋(1、2 等)。”

“激子是一种状态，其中带负电的电子(费米子)与其带正电的空穴(另一个费米子)结合，两个半整数自旋一起变成一个整数，形成玻色子粒子。”

为了在他们的系统中创建和识别激子，Xiong 和他的同事将两个晶格分层，并以一种他们称之为泵浦-探测光谱学的方法向它们照射强光。

来自每个晶格的粒子(来自二硫化钨的电子和来自二硒化钨的空穴)和光的结合为激子的形成和相互作用创造了有利的环境，同时允许研究人员探测这些粒子的行为。

“当这些激子达到一定密度时，它们就不能再移动了，”资深作者、加州大学圣塔芭芭拉分校的物理学家金晨浩博士说。

由于强相互作用，这些粒子在一定密度下的集体行为迫使它们进入结晶状态，并由于它们的不动性而产生绝缘效应。

“这里发生的事情是，我们发现了驱使玻色子进入高度有序状态的相关性，”Xiong 说。

一般来说，在超冷温度下松散的玻色子集合会形成凝聚体，但在这个系统中，由于光和密度增加以及在相对较高温度下的相互作用，它们将自己组织成一个对称的固体和电中性绝缘体。

这种奇异物质状态的产生证明了研究人员的莫尔平台和泵浦探针光谱可以成为创造和研究玻色子材料的重要手段。

“有费米子的多体相导致超导性，”Xiong 解释道。

“也有玻色子的多体对应物，它们也是奇异相。”

“所以我们所做的就是创建一个平台，因为我们并没有真正的好方法来研究真实材料中的玻色子。”

“虽然激子得到了很好的研究，但直到这个项目才成为一种诱导它们彼此强烈相互作用的方法。”

使用该团队的方法，不仅可以研究激子等著名的玻色子粒子，还可以使用新的玻色子材料打开更多进入凝聚态世界的窗口。

“我们知道有些材料具有非常奇怪的特性，”金博士说。

“凝聚态物理学的一个目标是了解为什么它们具有这些丰富的特性，并找到使这些行为更可靠地出现的方法。”

这项工作发表在《科学》杂志上。