麥吉爾大學(xué)的研究人員對(duì)鈣鈦礦的工作有了新的見(jiàn)解。鈣鈦礦是一種半導(dǎo)體材料，具有制造高效率，低成本太陽(yáng)能電池以及一系列其他光學(xué)和電子設(shè)備的廣闊前景。

鈣鈦礦在過(guò)去十年中引起了人們的注意，因?yàn)榧词共牧系木w結(jié)構(gòu)存在缺陷，它們也可以充當(dāng)半導(dǎo)體。鈣鈦礦的特殊性在于，要使大多數(shù)其他半導(dǎo)體正常工作，就需要嚴(yán)格且昂貴的制造技術(shù)來(lái)生產(chǎn)盡可能無(wú)缺陷的晶體。麥吉爾團(tuán)隊(duì)在發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦如何實(shí)現(xiàn)這一新方法的奧秘方面邁出了一步，這等于發(fā)現(xiàn)了一種新的物質(zhì)狀態(tài)。

從歷史上看，人們一直在使用完美晶體的體半導(dǎo)體。現(xiàn)在，突然之間，這種不完美的軟晶體開(kāi)始在從光伏到LED的半導(dǎo)體應(yīng)用中起作用，資深作者PatanjaliKambhampati解釋說(shuō)。這就是我們研究的出發(fā)點(diǎn)：有缺陷的東西如何以完美的方式工作？

鈣鈦礦晶體晶格的變形之后，形成激子“量子滴”。

量子點(diǎn)，但不是我們所知道的

在5月26日于《物理評(píng)論研究》上發(fā)表的一篇論文中，研究人員發(fā)現(xiàn)，在整體鈣鈦礦晶體中發(fā)生了一種稱為量子限制的現(xiàn)象。到目前為止，僅在幾納米大小的顆粒中觀察到了量子限制-平板電視成名的量子點(diǎn)就是一個(gè)備受贊譽(yù)的例子。當(dāng)粒子如此小時(shí)，它們的物理尺寸會(huì)以某種方式限制電子的移動(dòng)，從而賦予粒子與相同材料的較大塊截然不同的特性-可以微調(diào)特性以產(chǎn)生有用的效果，例如發(fā)射光。精確的顏色。

研究人員使用狀態(tài)分解泵浦/探針光譜學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)，在塊狀溴化銫銫鈣鈦礦晶體中會(huì)發(fā)生類似的限制。換句話說(shuō)，他們的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了鈣鈦礦片中明顯大于量子點(diǎn)的類量子點(diǎn)行為。

令人驚訝的結(jié)果導(dǎo)致意外發(fā)現(xiàn)

這項(xiàng)工作建立在較早的研究基礎(chǔ)之上，該研究確定鈣鈦礦雖然在肉眼看來(lái)是固體物質(zhì)，但具有某些通常與液體有關(guān)的特征。這種液固二元性的核心是原子晶格，該晶格能夠響應(yīng)自由電子的存在而變形。Kambhampati與蹦床進(jìn)行了比較，該蹦床吸收了扔入其中心的巖石的沖擊力。正如蹦床最終使巖石停滯不前一樣，鈣鈦礦晶格的扭曲（一種稱為極化子形成的現(xiàn)象）被認(rèn)為對(duì)電子具有穩(wěn)定作用。

雖然蹦床的類比暗示了能量的逐漸消散與系統(tǒng)從激發(fā)態(tài)返回到更穩(wěn)定態(tài)的過(guò)程一致，但泵浦/探針光譜數(shù)據(jù)實(shí)際上卻相反。令研究人員驚訝的是，他們的測(cè)量結(jié)果顯示，極化子形成后能量整體增加。

Kambhampati說(shuō)，提高了能量的事實(shí)表明了新的量子力學(xué)效應(yīng)，就像量子點(diǎn)一樣，量子局限。他解釋說(shuō)，在電子的尺度上，蹦床中的巖石是一個(gè)激子，一個(gè)原子的束縛配對(duì)。電子及其處于激發(fā)態(tài)時(shí)留下的空間。

極化子的作用是將一切限制在一個(gè)空間明確的區(qū)域內(nèi)。我們小組能夠證明的一件事是，極化子與激子混合形成看起來(lái)像量子點(diǎn)的物質(zhì)。從某種意義上講，它就像一個(gè)量子點(diǎn)。液體量子點(diǎn)，我們稱之為量子滴。我們希望探索這些量子滴的行為將使人們對(duì)如何設(shè)計(jì)耐缺陷的光電材料有更好的了解。