半导体晶体中发现新型准粒子

英国《自然》旗下《通讯·物理》杂志日前发表了一项物理学新成果：德国科学家描述了一种在高质量半导体晶体中发现的新型准粒子——“Collexon”，其可以印证准粒子存在的材料所表现出的独特光学特征，以及不同寻常的物理特性，而这些特点对基础科学和应用科学都非常重要。

在由许多不同粒子组成的微观系统（如固体材料）中，每个粒子的运动都是复杂的，是该粒子与周围粒子之间的各种强烈相互作用的产物。为了能够更简单地了解这些系统的行为和特性，物理学家们重新构想了固体，想象它们包含的是在自由空间中弱相互作用的粒子。这些“准粒子”具有不同的类型，可以带来有关材料特性的不同认知。

此次，德国柏林工业大学科学家克里斯丁·南斯泰尔及其同事，将氮化镓半导体晶体中的原子替换为锗原子，他们在维持原始晶体结构的同时，实现了高浓度的原子取代。然而，这样的原子取代改变了晶体的物理特性——增加了固体中自由电子的浓度。

通过分析这些经过特殊处理的晶体对光的吸收和发射，研究团队观察到一种现象，被他们称为新型准粒子的“Collexon”的稳定性，会随着电子气密度的上升而上升。他们认为这可能是所有半导体的标准特性——只要能够实现相同水平的原子取代即可。

如果这些发现可以进一步得到理论研究的支持，那么准粒子“Collexon”可以被认为是半导体材料具有的共同特征。半导体是现代技术的基础，提高我们对其电子结构的理解，既有益于理论研究，也有益于应用研究。（记者 张梦然）