物理学家发现了一种由玻色子制成的奇异材料

取一个格子——均匀细胞网格的平坦部分，如窗纱或蜂窝——并在其上方放置另一个类似的格子。但是，不要尝试将两个格子的边缘或单元格对齐，而是扭曲顶部网格，这样您就可以透过它看到下方网格的一部分。这种新的第三种模式是莫尔条纹，它位于二硒化钨和二硫化钨晶格的这种重叠排列之间，加州大学圣巴巴拉分校的物理学家发现了一些有趣的材料行为。

“我们发现了一种新的物质状态——玻色子相关绝缘体，”加州大学圣地亚哥分校凝聚态物理学家金晨浩课题组的研究生研究员、《科学》杂志上发表的一篇论文的主要作者RichenXiong说。

据来自UCSB、亚利桑那州立大学和日本国家材料科学研究所的Xiong、Jin和合作者说，这是第一次在“真实”环境中创造出这种材料——一种高度有序的玻色子粒子晶体，称为激子。(与合成相反)物质系统。

“传统上，人们花费了大部分精力来理解当你把许多费米子放在一起时会发生什么，”金说。“我们工作的主要目标是我们基本上用相互作用的玻色子制造了一种新材料。”

玻色子，相关，绝缘体

亚原子粒子有两大类之一：费米子和玻色子。金说，最大的区别之一是他们的行为。

“玻色子可以占据相同的能级;费米子不喜欢呆在一起，”他说，“这些行为共同构成了我们所知的宇宙。”

费米子，例如电子，是我们最熟悉的物质的基础，因为它们很稳定并通过静电力相互作用。同时，玻色子，例如光子(光的粒子)，往往更难创造或操纵，因为它们要么转瞬即逝，要么彼此不相互作用。

熊解释说，它们不同行为的线索在于它们不同的量子力学特性。费米子具有半整数“自旋”，例如1/2或3/2等，而玻色子具有整数自旋(1、2等)。激子是一种状态，其中带负电的电子(费米子)与其带正电的相反“空穴”(另一个费米子)结合，两个半整数自旋一起变成一个整数，形成玻色子粒子。

为了在他们的系统中创建和识别激子，研究人员将两个晶格分层，并以一种他们称之为“泵浦探针光谱学”的方法向它们照射强光。来自每个晶格的粒子(来自二硫化钨的电子和来自二硒化钨的空穴)和光的结合为激子的形成和相互作用创造了有利的环境，同时允许研究人员探测这些粒子的行为。

“当这些激子达到一定密度时，它们就不能再移动了，”金说。由于强相互作用，这些粒子在一定密度下的集体行为迫使它们进入结晶状态，并由于它们的不动性而产生绝缘效应。

“这里发生的事情是，我们发现了驱使玻色子进入高度有序状态的相关性，”Xiong补充道。一般来说，在超冷温度下松散的玻色子集合会形成凝聚体，但在这个系统中，由于光和密度增加以及在相对较高温度下的相互作用，它们将自己组织成一个对称的固体和电中性绝缘体。

这种奇异物质状态的产生证明了研究人员的莫尔平台和泵浦探针光谱可以成为创造和研究玻色子材料的重要手段。

“有费米子的多体相导致超导性，”Xiong说。“还有许多玻色子对应物，它们也是奇异相。所以我们所做的是创建一个平台，因为我们并没有真正的好方法来研究真实材料中的玻色子。”他补充说，虽然激子得到了很好的研究，但直到这个项目才成为一种诱导它们彼此强烈相互作用的方法。

Jin表示，使用他们的方法，不仅可以研究激子等著名的玻色子粒子，还可以用新的玻色子材料打开更多进入凝聚态世界的窗口。

“我们知道有些材料具有非常奇怪的特性，”他说。“凝聚态物理学的一个目标是了解为什么它们具有这些丰富的特性，并找到使这些行为更可靠地出现的方法。”