電漿子觀察結果大突破   開啟量子科技新時代

編譯/高晟鈞

Nature Physics最近發表的一篇文章中,路易斯安那州立大學的量子光學研究團隊針對表面「電漿子」的基本特性,提出了最新見解。這些新發現很可能是十年來量子電漿學最值得關注的進步。

電漿(Plasma)是在固態、液態、氣態外的第四大物質狀態,電漿主要描述氣體在高溫或強電磁場下的型態,是一種帶有等量正負電荷的離子化氣體,生活中最經典的運用就是日光燈。

這項電漿子研究的問世不僅提供了科學家全新的量子概念,也可能為將來量子模擬開發打下基礎。圖/截取自 ScitechDaily

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電漿子(Plasmon)則是從電漿振盪量子化而產出的準粒子,正如光子與聲子分別代表光與機械振動的量子態。當我們將一顆石頭投入水中會產生漣漪,而電漿子就是當光和電荷振盪耦合時,沿著金屬表面傳播的「漣漪」,這些微小的波會在奈米尺度下運行,對於奈米技術與光學領域至關重要。

電漿子的量子力學

量子力學中,一個物理系統如果有兩個以上的子系統(例如一個系統由兩個或多個粒子所組成),不論這些子系統相隔有多遠,它們不一定就會有獨立而明確的物理狀態。換句話說,這些子系統全部糾纏在一起,共同構成一個不能分割的物理狀態。

研究人員針對奈米「金」結構的光行為,觀察到表面電漿子可以同時表現出玻色子和費米子(兩種構成量子力學的基本粒子)的行為特性,而這很可能意謂著完全不同於行為模式。

理論上,電漿子波會朝著同個方向移動;但實際情況是,很可能某些原子將朝著相反方向運動。透過理解與剖析這種特殊行為,科學家們將可以開發更靈敏、強大的量子技術。

量子研究新時代

由於電漿體樣品的極端敏感性,來自道路建設的輕微震動都會對實驗造成干擾,因此,成功從電漿體波中觀測其量子行為,顯示著量子技術敏感度的巨大突破。此外,該量子系統也是迄今為止粒子數量最多的量子等離子體系統,僅此一點,就將量子物理學提升到了全新維度。整體而言,這項研究的問世不僅提供了科學家全新的量子概念,也可能為將來量子模擬開發打下基礎。

資料來源:ScitechDaily

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