新方法可在室温下製造並捕獲三粒子

科技日報北京10月17日電 （記者劉霞）據物理學家組織網16日報道，由美國馬里蘭大學（UMD）主導的一項新研究，開發出一種在室温下合成並捕獲三粒子的方法，使操縱三粒子並研究其基本性質成為可能，有望促進生物成像、固態計算和量子計算等領域的發展。

三粒子由3個帶電粒子組成，通過非常弱的鍵能結合在一起。儘管三粒子能比電子攜帶更多信息，在電子學和量子計算等領域大顯身手，但在室温下，三粒子通常不穩定，其間的鍵很微弱，使其很快會分崩離析。目前，大多數關於三粒子的研究都需要在超冷温度下進行。即使如此，它們“短命”的屬性也使科學家很難對其進行控制和研究。

在這項新研究中，論文資深作者、UMD化學與生物化學教授王玉煌（音譯）和同事開發出一種在室温下製造並捕獲三粒子的方法。他們首先使用化學反應在單壁碳納米管表面製造出缺陷，缺陷導致納米管導電錶面能量出現凹陷——帶電粒子流經並陷落其中的阱。

隨後，他們將光子對準碳納米管，吸收光子後，納米管中的電子從基態轉變到激發態，留下帶正電的空穴。空穴與電子緊密結合在一起，形成被稱為激子的電子—空穴對。當一個激子和一個電子落入阱中時，結合在一起，形成一個由兩個電子和一個空穴組成的三粒子。隨着三粒子發生衰變，它會釋放出光子，使研究人員觀察到明亮的發光。

王玉煌説：“令人興奮的是，三粒子的能級由阱決定，我們可以使用化學反應操控阱，這意味着，我們可以控制三粒子的能量和穩定性，如此一來，我們有可能建立一個非常乾淨的系統，研究控制發光二極管和光伏技術的過程，並開發量子信息技術。”

王玉煌解釋説，通過改變在納米管表面上產生的化學缺陷的性質，有可能精確地控制它們捕獲的三粒子的電荷、電子自旋和其他性質。在這項研究中觀察到的三粒子的亮度是以前報告的7倍多，且其壽命是自由三粒子的100倍以上。

王玉煌團隊打算繼續精煉這一方法，以精確控制三粒子的合成，研究其基本光學性質。這項研究有望促進生物成像、化學傳感、能量捕獲、固態計算和量子計算等技術領域的發展。