哈伯德激子　光電領域新發現

編譯／高晟鈞

在一幅美麗的畫作中，畫中的空白處與與色彩絢麗的人物、風景同樣重要。這對絕緣材料來說也是一樣的，材料中電子激發後所留下的空位，很大程度上決定了材料的性能。

材料中的「激子」

當帶負電的電子被光激發後，它會留下一個帶正電的電洞。而由於電洞和電子帶著相反的電荷，它們會相互吸引並形成鍵結。透過這種相互作用力所產生的短暫鍵結就稱為「激子」。

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激子是許多技術中不可或缺的一部分，像是太陽能電池板、光電感應器，它們同時也是電視與數位顯示器中，發光二極體的關鍵部分。

一般激子是由靜電力或電力所產生的庫倫作用力產生相互作用。然而，近期一則來自加州理工學院研究人員的報告中發現，在一種特殊的絕緣體材料中，其檢測到的激子並非透過庫倫作用力，而是透過磁性相互作用。而這種激子也以已故物理學John Hubbard命名，被稱之為──哈伯德激子。

哈伯德激子

前文提過，當材料中的電子被光激發後，會形成電洞。在一種名為反磁鐵莫特絕緣體的材料中，倘若電子與電洞距離很遠，它們之間的自旋排列會受到干擾，並消耗能量。為了避免這種能量損失，電子和電洞傾向於保持彼此靠近，形成一種磁性結合機制。

想像一下，當你將一條彈力繩一端綁在自己身上，另一端則綁在你朋友身上。當你的朋友遠離你移動時，你會感覺繩子將你拉向你朋友移動的方向，並開始跟隨他移動。這種情況便類似於莫特絕緣體中電子與電洞的關係，只是與繩子的物力拉力不同，它是透過磁性來作用。

為了證明哈伯德激子的存在，研究小組使用一種稱為超快太赫茲時域光譜的技術，該方法使他們可以在非常低的能量尺度上捕捉到稍縱即逝的激子特徵（由於電子想要回到電洞中，造成激子的不穩定）。

基於磁性束縛的哈伯德激子，與傳統的磁性結合機制截然不同，而這將為傳統激子無法實現的技術生態系創造一個新的窗口。透過磁性與激子的緊密作用，有望開發出全新的技術。

資料來源:SciTechDaily

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