Dropleton - nowa, wyjątkowa kwazicząstka

Dropleton, nowo odkryta kwazicząstka, to zbiór elektronów i dziur znajdujących się wewnątrz półprzewodnika. To jednocześnie pierwsza kwazicząstka zachowująca się jak ciecz.

Dropleton może istnieć tylko w ciałach stałych. To cząstka wewnątrz materii. Jej właściwości są determinowane przez jej otoczenie - mówi Mackillo Kira z niemieckiego Uniwersytetu w Marburgu.

Kwazicząstki mogą pojawiać się w półprzewodnikach, gdyż atomy półprzewodników są zorganizowane w sieć krystaliczną połączoną elektronami walencyjnymi. To pozwala na pojawianie się struktur złożonych z dziur i elektronów, a struktury takie mogą przemieszczać się przez materiał jak spójna jedność.

Kira podkreśla, że nikt nie przewidywał istnienia dropletonu, więc jego pojawienie się było całkowitym zaskoczeniem dla niemiecko-amerykańskiego zespołu naukowego. Dropleton powstał, gdy przez półprzewodnik z arsenku galu wysłano impulsy generowane superszybkim laserem. W wyniku oddziaływania impulsów w materiale pojawiły się ekscytony, czyli pary dziur. Gdy gęstość ekscytonów osiągnęła pewną wartość, doszło do rozłączenia par dziur, a dziury i elektrony utworzyły nową cząstkę. W jej wnętrzu elektrony i dziury poruszały się jak płyn zamknięty w niewielkiej kropli (droplet). Stąd nazwa nowej kwazicząstki – dropleton.

To całkowicie nowy dział fizyki, a nie małe odkrycie w dobrze nam znanym świecie. Mam nadzieję, że dzięki temu będziemy mogli przeprowadzać zupełnie nowe eksperymenty - mówi Glenn Solomon z Joint Quantum Institute w Maryland, który nie brał udziału w badaniach nad dropletonem. Uczony ma nadzieję, że dalsze eksperymenty pozwolą np. badać tzw. problem wielu ciał.

Naukowcy już teraz zauważyli, że nowe kwazicząstki mogą różnić się wielkością, jednak aby były stabilne konieczne jest pojawienie się co najmniej czterech par elektron-dziura. Dropletony żyją przez około 25 pikosekund (biliardowych części sekundy), czyli stosunkowo długo jak na złożone kwazicząstki. Są wystarczająco stabilne, by prowadzić na nich eksperymenty. Ich szerokość wynosi około 200 nanometrów, są zatem ponaddziesięciokrotnie większe od pary ekscytonów. Naukowców bardzo cieszy fakt, że podczas eksperymentów dropletony powstały dzięki światłu o długości fali 800 nanometrów, czyli niewiele większej od samej kwazicząstki. Klasyczna optyka pozwala na zobaczenie obiektów, które są większe niż długość fali światła, a w tym przypadku zbliżamy się do tego limitu. Byłoby bardzo miło nie tylko uzyskać spektroskopowe dane na temat obecności dropletonu, ale naprawdę go zobaczyć - mówi Kira.

dropleton kwazicząstka