激子（e）及其空穴（h）相互環繞（藝術圖）。圖片來源：俄克拉荷馬大學

美國俄克拉荷馬大學凝聚態物理學家發表論文稱，陳絕緣體內或許存在一種新型激子——拓扑激子，這些激子有望催生新型量子器件。相關論文發表於最新一期《美國國家科學院院刊》。

當電子吸收光並躍遷到更高能級或能帶時，受激電子會在其先前的能帶中留下一個“電子空穴”。由於電子帶負電荷而空穴帶正電荷，兩者會通過庫侖力結合在一起。這種“電子—空穴對”稱為激子。科學家此前已在絕緣體和半導體內觀察到激子。現在，研究團隊預測稱，在陳絕緣體中可能存在拓扑激子。

拓扑學又名位置分析，是研究幾何圖形或空間在連續改變形狀后還能保持不變的一些性質的學科。拓扑學隻考慮物體間的位置關系而不考慮它們的形狀和大小。科學家使用拓扑學描述擁有不受缺陷影響的電子特性的材料，陳絕緣體就是一種拓扑材料，其形狀的關鍵特征可用整數來表示。

研究團隊指出，陳絕緣體內的電子繞材料邊緣運行但內部不導電。不過，這些電子會自發形成沿二維材料邊緣順時針或逆時針流動的單向電流。他們認為，在某些條件下，光線照射陳絕緣體產生的激子會繼承主材料內電子和空穴的拓扑性質，變身為拓扑激子。當這些激子通過釋放能量而衰變時，會自發地發出圓偏振光。

這些拓扑激子可幫助科學家開發基於拓扑結構的新型光電器件。在低溫下，這些激子可形成新型中性超流體，用於制造強大的偏振光發射器或量子計算用先進光子器件。（記者劉霞）

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