范德华磁性材料中发现的范德发现量子激子

事情总是料中可以更快地完成，但是范德发现有什么能胜过一切吗?用光代替电进行计算被认为是提高计算机速度的突破。晶体管是华磁数据电路的基础，需要将电信号转换为光，性材以便通过光缆传输信息。料中光学计算可以潜在地节省用于这种转换的范德发现时间和能量。除了高速传输外，华磁光子还具有出色的性材低噪声特性，使其成为探索量子力学的料中理想之选。这种引人注目的范德发现应用的核心是确保稳定的光源，尤其是华磁在量子状态下。

当光照射到半导体晶体中的性材电子上时，传导电子可以与半导体中带正电的空穴结合以形成束缚态，即所谓的激子。激子像电子一样流动，但是当电子空穴对重新聚在一起时发光，激子可以加快整个数据传输电路的速度。此外，推测许多外来物理相(例如超导)是激子产生的现象。尽管有丰富的外来理论预测和悠久的历史(最早在1930年代报道)，但有关激子的许多物理学主要是关于电子和空穴“简单”结合的最初概念，很少从电子学的发现中得到更新。 1930年代。

在最新一期的《自然》杂志上，首尔国立大学物理与天文学系的Park Je-Geun教授领导的研究团队-之前是基础科学研究所(IBS)相关电子系统中心的副主任，韩国)-在磁性范德华材料NiPS3中发现了一种新型激子。“要保持激子物理学的这种新状态，它需要直接的带隙，最重要的是，具有强量子相关性的磁阶。值得注意的是，这项研究使得使用NiPS3实现后者成为可能。，是一种磁性范德华材料，一种内在关联的系统，”该研究的通讯作者Park Je-Geun教授指出。Park教授的小组报告了使用NiPS首次实现精确的二维磁性范德华材料。2016年3。使用相同的材​​料，他们已经证明NiPS3具有与迄今已知的更常规的激子完全不同的磁激子状态，该激子状态本质上是多体起源的，这是真正的量子态的实际实现。因此，这项新工作标志着其80年历史中充满活力的研究领域发生了重大变化。

NiPS3中这些不寻常的激子物理学始于2016年由Sogang大学的Cheong Hyeonsik教授进行的早期PL(光致发光)实验中发现的异常高的峰。不久之后，延世大学的金在勋教授进行了另一项光吸收实验。两组光学数据清楚地表明了两个非常重要的点：一个是温度依赖性，另一个是激子的极窄共振特性。

为了理解这些不寻常的发现，Park教授与英国钻石设施的周克金博士一起使用了共振非弹性X射线散射技术，即RIXS。这项新实验对整个项目的成功至关重要。首先，它毫无疑问地确认了1.5 eV激子峰的存在。其次，它为我们如何提出理论模型和随后的计算提供了启发性的指导。实验与理论之间的这种联系对于他们破解NiPS3中的难题起到了关键作用。

使用上述分析过程，韩国高等研究院的KIM Beom Hyun博士和SON Young-Woo教授进行了大量的理论多体计算。通过在希尔伯特空间中探索总计1,500,000的大量量子态，他们得出结论，所有实验结果都可以与一组特定参数保持一致。当他们将理论结果与RIXS数据进行比较时，很明显，他们充分了解了NiPS3的非常不寻常的激子相。最后，研究小组可以从理论上理解多体性质的磁激子状态，即真正的量子激子状态。

NiPS中发现的量子磁激子有几个重要的区别与在其他2-D材料和所有其他具有激子状态的绝缘子中发现的更常规的激子相比，3中。首先，在NiPS3中发现的激子本质上是一种量子态，是由张-米三重态转变为张-米单重态引起的。其次，它几乎是一个分辨率受限的状态，表示状态之间存在某种一致性。为了进行比较，以前报告的所有其他激子状态都来自扩展的布洛赫状态。

对我们做出任何明确的预测可能为时过早。它也可能带动范德华磁研究的相关领域的未来，更不用说我们的生活了。但是，即使在这一刻，也很清楚“新的激子态的量子性质是独特的，并且由于其在量子信息和量子计算领域的潜力而将引起很多关注，我们仅举几例。许多具有相似量子激子态的磁性范德华材料的有趣可能性。” Park教授解释说。

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