氧化物如何在高溫下表現出宏觀量子相干性

在室溫下表現出超熒光的半導體過氧化物是由于內置的熱“減震器”，它保護材料內的偶極子免受熱干擾。北卡羅來納州立大學的一項新研究探討了這種宏觀量子相變所涉及的機制，并解釋了像過氧化物這樣的材料如何在高溫下表現出宏觀量子相干性。

想象一下，一群魚齊心協力地游動，這是自然界中的集體行為。當類似的集體行為發生在量子世界時，就會導致超導性、超流性或超熒光等奇異過程。在所有這些過程中，一組量子粒子形成了一個宏觀的相干系統，其作用就像一個巨大的量子粒子。

超熒光是一種宏觀的量子相變，其中一群被稱為偶極子的微小發光單元形成一個巨大的量子偶極子，并同時輻射出一陣光子。與超導和超流體類似，超熒光通常需要在低溫下才能觀察到，因為偶極子的相位移動太快，無法形成一個集體的相干狀態。

最近，由北卡羅來納州立大學物理學教授Kenan Gundogdu領導的團隊已經在室溫下觀察到混合過氧化物中的超熒光。

Gundogdu說：“我們最初的觀察表明，有東西在保護這些原子在較高溫度下免受熱干擾。”

該團隊分析了一種常見的鉛鹵化物混合過氧化物的結構和光學特性。他們注意到在這些材料中形成了極化子--由晶格震動和電子組成的準粒子。晶格震動指的是一組集體振蕩的原子。當一個電子與這些振蕩的原子結合時，就會形成一個極化子。

科學家表示：“我們的分析表明，大型極化子的形成創造了一種熱振動噪聲過濾機制，我們稱之為‘振動隔離的量子模擬’(QAVI)”。

北卡羅來納州立大學材料科學與工程系教授Franky So說：“通俗地說，QAVI是一種減震器。一旦偶極子受到減震器的保護，它們就能同步化并表現出超熒光"。

據研究人員稱，QAVI是存在于某些材料中的內在屬性，如混合過氧化物。了解這種機制是如何工作的，可以幫助在室溫下運行的量子設備。

該研究論文題為"Room-temperature superfluorescence in hybrid perovskites and its origins"，已發表在《自然-光子學》期刊上。

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