新方法可在室温下制造并捕获三粒子

据物理学家组织网16日报道，由美国马里兰大学(UMD)主导的一项新研究，开发出一种在室温下合成并捕获三粒子的方法，使操纵三粒子并研究其基本性质成为可能，有望促进生物成像、固态计算和量子计算等领域的发展。
三粒子由3个带电粒子组成，通过非常弱的键能结合在一起。尽管三粒子能比电子携带更多信息，在电子学和量子计算等领域大显身手，但在室温下，三粒子通常不稳定，其间的键很微弱，使其很快会分崩离析。目前，大多数关于三粒子的研究都需要在超冷温度下进行。即使如此，它们“短命”的属性也使科学家很难对其进行控制和研究。
在这项新研究中，论文资深作者、UMD化学与生物化学教授王玉煌(音译)和同事开发出一种在室温下制造并捕获三粒子的方法。他们首先使用化学反应在单壁碳纳米管表面制造出缺陷，缺陷导致纳米管导电表面能量出现凹陷——带电粒子流经并陷落其中的阱。
随后，他们将光子对准碳纳米管，吸收光子后，纳米管中的电子从基态转变到激发态，留下带正电的空穴。空穴与电子紧密结合在一起，形成被称为激子的电子—空穴对。当一个激子和一个电子落入阱中时，结合在一起，形成一个由两个电子和一个空穴组成的三粒子。随着三粒子发生衰变，它会释放出光子，使研究人员观察到明亮的发光。
王玉煌说：“令人兴奋的是，三粒子的能级由阱决定，我们可以使用化学反应操控阱，这意味着，我们可以控制三粒子的能量和稳定性，如此一来，我们有可能建立一个非常干净的系统，研究控制发光二极管和光伏技术的过程，并开发量子信息技术。”
王玉煌解释说，通过改变在纳米管表面上产生的化学缺陷的性质，有可能精确地控制它们捕获的三粒子的电荷、电子自旋和其他性质。在这项研究中观察到的三粒子的亮度是以前报告的7倍多，且其寿命是自由三粒子的100倍以上。
王玉煌团队打算继续精炼这一方法，以精确控制三粒子的合成，研究其基本光学性质。这项研究有望促进生物成像、化学传感、能量捕获、固态计算和量子计算等技术领域的发展。