磁性范德瓦尔斯材料中惊现量子激子学术资讯

NiPS₃的晶体结构和NiPS₃的激子状态。

当光线照射半导体晶体中的电子时，传导电子可以与半导体中带正电荷的空穴相结合，从而形成束缚态，即所谓的激子。激子会像电子一样流动，当电子-空穴对再次聚合时，它就会发光。激子可以加快整个数据传输电路的速度。

科学家推测，激子还可以引发超导等奇异物理现象。尽管早在20世纪30年代就有关于激子的奇异理论出现，但是大多理论都是基于电子和空穴的“简单”结合概念。

据美国“物理学组织”网站7月20日消息称，韩国首尔国立大学物理学和天文学系的教授Park Je-Geun在最新一期《自然》杂志中报道，他领导的研究小组在一类新型的磁范德瓦尔斯材料“NiPS₃”中发现了激子。

Park教授介绍：“如果要成为新颖激子物理状态的宿主，材料就需要具有一个直接的带隙。最重要的是，它还需要具有强量子相关性的磁序。这项研究的亮点是，它让NiPS3或能满足第二个条件。NiPS₃是一种磁性范德瓦尔斯材料，它本身就是一种内在相关系统。”

Park教授的团队报告称，他们在2016年利用NiPS3首次打造出精确的二维范德瓦尔斯磁性材料。运用同样的材料，他们证明了NiPS₃具有与已知传统激子完全不同的磁激子状态。激子状态在本质上是多体起源的，这意味着它是在实际层面实现的一种真正的量子状态。

NiPS3中发现的量子磁激子与其他二维材料，以及所有其他具有激子状态的绝缘子中发现的更传统的激子相比，存在几个重要的区别。首先，在NiPS₃中发现的激子在本质上是一种量子态，它从张米三态（Zhang-Rice triplet）过渡到张米单态（Zhang-Rice singlet）。其次，它几乎是一种解析度有限的状态。为了进行比较，之前研究中的所有其他激子状态都来自扩展的布洛赫态（Bloch states）。

对我们来说，任何明确的预判可能都还为时过早。这一成果或在未来引领磁性范德瓦尔斯材料领域研究的发展，并对我们的生活产生巨大影响。

“新型激子态的量子性质是独一无二的，它在量子信息和量子计算领域的应用潜力将会吸引很高的关注度。”Park教授补充道，“我们的研究工作开启了一种有趣的可能性，即许多磁性范德瓦尔斯材料可能都具有类似的量子激子状态。”

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编译：朱明逸

审稿：alone

责编：雷鑫宇

期刊来源：《自然》

期刊编号： 0028-0836

原文链接：

https://phys.org/news/2020-07-quantum-exciton-magnetic-van-der.html