陈绝缘体内或存在拓扑激子

激子（e）及其空穴（h）相互环绕（艺术图）。图片来源：俄克拉荷马大学

科技日报北京8月28日电（记者刘霞）美国俄克拉荷马大学凝聚态物理学家发表论文称，陈绝缘体内或许存在一种新型激子——拓扑激子，这些激子有望催生新型量子器件。相关论文发表于最新一期《美国国家科学院院刊》。

当电子吸收光并跃迁到更高能级或能带时，受激电子会在其先前的能带中留下一个“电子空穴”。由于电子带负电荷而空穴带正电荷，两者会通过库仑力结合在一起。这种“电子—空穴对”称为激子。科学家此前已在绝缘体和半导体内观察到激子。现在，研究团队预测称，在陈绝缘体中可能存在拓扑激子。

拓扑学又名位置分析，是研究几何图形或空间在连续改变形状后还能保持不变的一些性质的学科。拓扑学只考虑物体间的位置关系而不考虑它们的形状和大小。科学家使用拓扑学描述拥有不受缺陷影响的电子特性的材料，陈绝缘体就是一种拓扑材料，其形状的关键特征可用整数来表示。

研究团队指出，陈绝缘体内的电子绕材料边缘运行但内部不导电。不过，这些电子会自发形成沿二维材料边缘顺时针或逆时针流动的单向电流。他们认为，在某些条件下，光线照射陈绝缘体产生的激子会继承主材料内电子和空穴的拓扑性质，变身为拓扑激子。当这些激子通过释放能量而衰变时，会自发地发出圆偏振光。

这些拓扑激子可帮助科学家开发基于拓扑结构的新型光电器件。在低温下，这些激子可形成新型中性超流体，用于制造强大的偏振光发射器或量子计算用先进光子器件。