Điều gì phá vỡ tính đơn độc lượng tử? Sự đông đúc của electron mang đến một điều bất ngờ

Nghiên cứu mới thách thức quan niệm lâu nay về tính đơn độc lượng tử, theo đó một số hạt lượng tử nhất định, như exciton—các trạng thái liên kết của electron và lỗ trống—được cho là duy trì các cặp đôi độc quyền và ổn định. Truyền thống, exciton hoạt động giống như boson và được xem là đơn độc vì việc phá vỡ liên kết electron-lỗ trống của chúng đòi hỏi năng lượng. Tuy nhiên, các thí nghiệm do các nhà nghiên cứu tại Viện Lượng tử Liên hợp (JQI) dẫn đầu đã tiết lộ rằng dưới tình trạng electron bị dồn nén cực độ trong một vật liệu lớp được thiết kế đặc biệt, exciton bất ngờ tăng khả năng di chuyển thay vì chậm lại. Kết quả đáng ngạc nhiên này cho thấy exciton có thể từ bỏ các mối quan hệ độc quyền và tương tác với nhiều electron, về cơ bản phá vỡ hành vi đơn độc. Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một vật liệu ép electron và exciton vào một lưới các vị trí rời rạc, trong đó electron, với bản chất fermion, từ chối chia sẻ vị trí, ban đầu làm chậm chuyển động của exciton khi mật độ electron tăng lên. Tuy nhiên, khi gần như tất cả các vị trí đều đã bị electron chiếm đóng, exciton bắt đầu di chuyển tự do hơn và xa hơn trước, hiện tượng này được tái hiện trên các mẫu khác nhau và trong các thiết lập thí nghiệm trên toàn thế giới.