보스-아인슈타인 응축물은 때때로 물질의 다섯 번째 상태로 설명됩니다. 그들은 1995년에야 실험실에서 만들어졌습니다. 그들은 동일한 양자 상태(레이저의 간섭성 광자와 거의 흡사)를 경험하고 함께 덩어리지기 시작하여 구별할 수 없는 하나의 슈퍼 원자와 같은 부피를 차지합니다.

현재 BEC는 응축 물질 시스템을 시뮬레이션하기 위한 많은 기초 연구 대상으로 남아 있지만 원칙적으로 다음과 같은 분야에 적용됩니다. 양자 정보 처리. 대부분의 BEC는 일반 원자의 희석 가스로 제조됩니다. 그러나 지금까지 이국적인 원자로 만든 BEC는 달성된 적이 없습니다.

과학자들은 도쿄 대학 엑시톤으로 BEC를 만들 수 있는지 알고 싶었습니다. 준 입자를 사용하여 최초의 보스-아인슈타인 응축수 — 신비한 "다섯 번째 상태" 물질. 이 발견은 다음을 포함한 양자 기술 개발에 상당한 영향을 미칠 것으로 예상됩니다. 양자 컴퓨팅.

결합된 전자-정공 쌍은 전기적으로 중성인 "준입자"라고 불립니다. 여기자. 엑시톤 준입자는 또한 하나의 양의 양성자가 하나의 양공으로 대체된 사실상 수소 원자이기 때문에 외래 원자로 설명될 수 있습니다.

도쿄 대학의 물리학자이자 논문의 공동 저자인 Makoto Kuwata-Gonokami는 다음과 같이 말했습니다. 말했다, “1962차원 반도체에서 엑시톤 축합물을 직접 관찰하는 것은 XNUMX년에 이론적으로 처음 제안된 이후로 많은 관심을 받아왔습니다. 준입자가 실제 입자와 같은 방식으로 보스-아인슈타인 축합을 겪을 수 있는지 여부는 아무도 몰랐습니다. 일종의 저온 물리학의 성배입니다.”

연장된 수명 때문에 구리와 산소의 혼합물인 산화제일구리(Cu2O)에서 생성된 파라엑시톤은 벌크에서 엑시톤 BEC를 생성하는 가장 유망한 가능성 중 하나로 간주되었습니다. 반도체. 1990년대에 약 2K의 액체 헬륨 온도에서 파라엑시톤 BEC를 생성하려는 시도가 있었습니다. 그러나 엑시톤에서 BEC를 생성하려면 훨씬 낮은 온도가 필요하기 때문에 실패했습니다. 그것들은 너무 일시적이기 때문에 orthoexcitons는 그렇게 낮은 온도에 도달할 수 없습니다. 그러나 paraexciton은 BEC의 필요한 온도로 냉각하기에 충분한 수백 나노초 이상의 매우 긴 수명을 갖는 것으로 실험을 통해 알려져 있습니다.

연구팀은 XNUMX개의 동위원소를 결합해 냉각하는 극저온 장치인 희석냉장고를 사용했다. 헬륨 2밀리켈빈 미만의 Cu400O의 대부분에서 paraexciton을 포획하기 위해 양자 컴퓨터를 개발하려는 과학자들이 자주 사용합니다. 그런 다음 적외선 범위의 중간에 있는 빛을 사용하는 일종의 현미경 검사법인 중적외선 유도 흡수 이미징을 사용하여 실제 공간에서 엑시톤 BEC를 직접 관찰했습니다.

그 결과 팀은 엑시톤 밀도와 온도를 정밀하게 측정할 수 있었고, 이를 통해 엑시톤 BEC와 기존 원자 BEC 간의 차이점과 유사점을 식별할 수 있었습니다.

과학자들은 추가로 엑시톤 BEC가 벌크 반도체에서 어떻게 형성되는지에 대한 역학을 조사하고 엑시톤 BEC의 집합적 여기를 조사하기를 원합니다. 그들의 궁극적인 목표는 엑시톤 BEC 시스템을 기반으로 하는 플랫폼을 구축하여 양자 특성을 더 자세히 설명하고 환경과 강하게 결합된 큐비트의 양자 역학에 대한 더 나은 이해를 개발하는 것입니다.

저널 참조 :

1. 모리타 유스케, 요시오카 코스케, 쿠와타 고노카미 마코토, “벌크 반도체에서 엑시톤의 보스-아인슈타인 응축물 관찰”, 자연 통신: 14년 2022월 XNUMX일. DOI: 10.1038/s41467-022-33103-4