當我們考慮 3D 空間時，只有兩類粒子：玻色子和費米子，每種粒子都具有使它們脫穎而出的獨特特徵。但宇宙可能會變得有點奇怪——粒子之間的某些相互作用的行為就像粒子本身一樣，我們稱之為準粒子。研究人員發現了一類全新的準粒子，其行為與我們見過的其他粒子不同。
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這類被命名為分數激子，它們似乎具有一些與玻色子相同的性質，一些與費米子相同的性質，以及一些簡單地將它們歸為自己的類別的性質。這一發現背後的團隊相信，使用這些準粒子的應用具有很大的潛力。
研究合著者、布朗大學物理學副教授李嘉在一份報告中說：“我們的研究結果指向一種全新的量子粒子，它們不帶總電荷，但遵循獨特的量子統計數據。”陳述。
“最令人興奮的部分是，這一發現解鎖了一系列新穎的物質量子相，為未來研究提供了新的前沿，加深了我們對基礎物理的理解，甚至開闢了量子計算的新可能性，”李繼續說道。
一個- 即使是常規口味 - 也是一種奇怪的小動物。電子從材料中被取出，因此你得到了電子和它留下的“空穴”。空穴帶正電，因此電子可以開始繞空穴運行。那是一個激子。
產生激子的一種方法是量子霍爾效應。將石墨烯等材料置於極低的溫度下，並將其暴露於極高的磁場中，材料中會產生橫向電壓，該電壓會以清晰、單獨的步驟增加。這對你來說是量子的——但還有一個更奇怪的升級。
然後是分數量子霍爾效應，其中台階僅攜帶電子的分數電荷。這確實很奇怪，因為電子的電荷是自然界的基本電荷，所以你不可能有 0.3 個電子電荷或 2.5 個電子電荷 - 但你可以有由於分數量子霍爾效應，在準粒子中。
研究小組在被六方氮化硼絕緣晶體隔開的兩層石墨烯中創造了這種效應，得到了分數激子。它們位於費米子和玻色子之間，就像存在於二維材料中的另一種準粒子（稱為任意子），但它們的行為也不像那些準粒子。
“這種意想不到的行為表明分數激子可能代表一類具有獨特量子特性的全新粒子，”布朗大學的共同第一作者 Ron Nguyen 和 Navketan Batr 解釋道。 “我們證明激子可以存在於分數量子霍爾體系中，並且其中一些激子是由分數帶電粒子的配對產生的，從而產生行為不像玻色子的分數激子。”
激子存在於半導體和其他材料中，因此它們影響常見技術中的無數過程和現象。新型激子的發現可能會帶來新的應用。
“我們基本上已經開啟了探索和操縱這一現象的新維度，而我們才剛剛開始觸及表面，”李說。 “這是我們第一次通過實驗證明這些類型的粒子存在，現在我們正在更深入地研究它們可能產生什麼。”
描述結果的論文發表在期刊上自然。
