德国科学家在半导体晶体中发现新型准粒子

英国《自然》旗下《通讯·物理》杂志日前发表了一项物理学新成果：德国科学家描述了一种在高质量半导体晶体中发现的新型准粒子——“Collexon”，其可以印证准粒子存在的材料所表现出的独特光学特征，以及不同寻常的物理特性，而这些特点对基础科学和应用科学都非常重要。

在由许多不同粒子组成的微观系统（如固体材料）中，每个粒子的运动都是复杂的，是该粒子与周围粒子之间的各种强烈相互作用的产物。为了能够更简单地了解这些系统的行为和特性，物理学家们重新构想了固体，想象它们包含的是在自由空间中弱相互作用的粒子。这些“准粒子”具有不同的类型，可以带来有关材料特性的不同认知。

此次，德国柏林工业大学科学家克里斯丁·南斯泰尔及其同事，将氮化镓半导体晶体中的原子替换为锗原子，他们在维持原始晶体结构的同时，实现了高浓度的原子取代。然而，这样的原子取代改变了晶体的物理特性——增加了固体中自由电子的浓度。

通过分析这些经过特殊处理的晶体对光的吸收和发射，研究团队观察到一种现象，被他们称为新型准粒子的“Collexon”的稳定性，会随着电子气密度的上升而上升。他们认为这可能是所有半导体的标准特性——只要能够实现相同水平的原子取代即可。

如果这些发现可以进一步得到理论研究的支持，那么准粒子“Collexon”可以被认为是半导体材料具有的共同特征。半导体是现代技术的基础，提高我们对其电子结构的理解，既有益于理论研究，也有益于应用研究。

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随着信息技术的快速发展，摩尔定律遇到了“天花板”。这个定律预测，当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件数目每隔18到24个月就会翻一番。如今，这一速度正在放缓，集成电路上的元器件数目也在挑战半导体的极限。所以，寻找除了硅以外的新半导体材料，以及发现半导体材料的新特性，就成了信息技术实现下一步飞跃的关键。这正是上述发现的意义所在。