新方法可在室温下制造并捕获三粒子

北京10月17日电(记者刘霞)——美国马里兰大学(umd)领导的一项新研究开发了一种在室温下合成和捕获三种粒子的方法,使得操纵这三种粒子并研究它们的基本性质成为可能。它有望促进生物成像、固态计算和量子计算的发展。

这三个粒子由三个带电粒子组成,它们通过非常弱的键能结合在一起。虽然这三种粒子可以携带比电子更多的信息,并在电子和量子计算等领域发挥重要作用,但在室温下,这三种粒子通常不稳定,它们之间的键非常弱,导致它们迅速分裂。目前,对三种粒子的研究大多需要在超低温下进行。即便如此,它们的“短命”性质使得科学家很难控制和研究它们。

在这项新的研究中,论文的资深作者、化学和生物化学的umd教授王黄愚和他的同事开发了一种在室温下产生和捕获三种粒子的方法。他们首先利用化学反应在单壁碳纳米管表面产生缺陷。这些缺陷导致纳米管导电表面的能量下垂,带电粒子流过并陷入陷阱。

然后,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变为激发态,留下带正电荷的空穴。空穴和电子紧密结合在一起,形成称为激子的电子空穴对。当激子和电子落入陷阱时,它们结合形成由两个电子和一个空穴组成的三粒子结构。当这三种粒子衰变时,它们释放光子,使研究人员能够观察到明亮的发光。

王黄愚说:“令人兴奋的是这三个粒子的能级是由陷阱决定的。我们可以用化学反应来控制陷阱,这意味着我们可以控制三种粒子的能量和稳定性。这样,我们可以建立一个非常干净的系统来研究控制发光二极管和光伏技术的过程,并发展量子信息技术。”

王黄愚解释说,通过改变纳米管表面化学缺陷的性质,就有可能精确控制它们捕获的三个粒子的电荷、电子自旋和其他性质。这项研究中观察到的三种粒子的亮度是先前报道的7倍以上,它们的寿命是游离三种粒子的100倍以上。

王黄愚的团队打算继续改进这种方法,以精确控制三种粒子的合成,并研究它们的基本光学性质。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的发展。

(责任编辑:罗伯特)

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