科学家：量子“减震器”使过氧化物在室温下表现出超光性

在室温下表现出超荧光的半导体过氧化物是由于内置的热“减震器”，它保护材料内的偶极子免受热干扰。北卡罗来纳州立大学的一项新研究探讨了这种宏观量子相变所涉及的机制，并解释了像过氧化物这样的材料如何在高温下表现出宏观量子相干性。

想象一下，一群鱼齐心协力地游动，这是自然界中的集体行为。当类似的集体行为发生在量子世界时，就会导致超导性、超流性或超荧光等奇异过程。在所有这些过程中，一组量子粒子形成了一个宏观的相干系统，其作用就像一个巨大的量子粒子。

超荧光是一种宏观的量子相变，其中一群被称为偶极子的微小发光单元形成一个巨大的量子偶极子，并同时辐射出一阵光子。与超导和超流体类似，超荧光通常需要在低温下才能观察到，因为偶极子的相位移动太快，无法形成一个集体的相干状态。

最近，由北卡罗来纳州立大学物理学教授Kenan Gundogdu领导的团队已经在室温下观察到混合过氧化物中的超荧光。

Gundogdu说：“我们最初的观察表明，有东西在保护这些原子在较高温度下免受热干扰。”

该团队分析了一种常见的铅卤化物混合过氧化物的结构和光学特性。他们注意到在这些材料中形成了极化子--由晶格震动和电子组成的准粒子。晶格震动指的是一组集体振荡的原子。当一个电子与这些振荡的原子结合时，就会形成一个极化子。

科学家表示：“我们的分析表明，大型极化子的形成创造了一种热振动噪声过滤机制，我们称之为‘振动隔离的量子模拟’（QAVI）”。

北卡罗来纳州立大学材料科学与工程系教授Franky So说：“通俗地说，QAVI是一种减震器。一旦偶极子受到减震器的保护，它们就能同步化并表现出超荧光"。

据研究人员称，QAVI是存在于某些材料中的内在属性，如混合过氧化物。了解这种机制是如何工作的，可以帮助在室温下运行的量子设备。

该研究论文题为"Room-temperature superfluorescence in hybrid perovskites and its origins"，已发表在《自然-光子学》期刊上。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文：https://www.nature.com/articles/s41566-022-00974-4