量子弛豫时间的直接测量方法

时间:2022-05-23

最近,南方科学技术大学双重任命的讲座教授向晓东(材料科学与工程系和物理系)与上海交通大学和中国科学技术大学合作,取得了重要进展。

量子弛豫时间的测量。

相关结果发表在美国国家科学院的“国家科学评论”上。

(国家科学评论,NSR)。

导电电子的量子弛豫时间(τ)是凝聚态物理的基本参数,它决定金属的电导率和半导体的迁移率,超导体的伪能隙和临界温度,以及电子在键中的传播距离用于量子计算的材料。

准确测量τ并了解各种相互作用对τ的影响可以帮助我们更好地理解凝聚态物理中的许多前沿问题,例如强相关相互作用,弱局域效应,拓扑材料和自旋量子材料,以及下一个量子阱的设计和制备。

一代电子设备。

但是,不可能直接测量量子弛豫时间τ。

传统上,要获得τ值,唯一的方法是使用电接触方法确定载流子迁移率(μ),然后使用极低温磁振荡实验获得有效质量(m *),然后间接确定在静态场中用公式τ=μm* / eτ表示。

一百多年前,德鲁德提出了自由电子和光场耦合振荡模型(Drudemodel),这为使用光学方法直接测量τ提供了理论基础。

然而,长期以来,该模型与实验数据之间存在一个数量级的偏差,因此无法直接用于确定材料的量子弛豫时间。

传统的凝聚态物理学通常认为τ的值是由电子,电子,声子和电子杂质的三种散射机制决定的。

在这项工作中,南方科技大学的向晓东研究小组通过新颖的创新理论模型和方法,发现了一种新的电子散射机制-束缚电子的非弹性散射,并成功地测量了等离子体激元共振峰的宽度。

从中提取出传输参数,例如传导电子的量子弛豫时间(τ),解决了Drude模型无法确定量子弛豫时间的百年历史问题。

基于此,研究人员使用光学远场探头实现了对τ的直接测量。

1990年代,向晓东博士发明了材料芯片技术(X.-D. Xiang等,科学,268,1738:1995),该技术基于高通量的制备,表征和计算,启动了材料的基因工程。

研究。

目前,高通量制备技术日趋成熟,但仍缺乏无损,原位,微区高通量电热电磁力多参数光学表征技术,缺乏实质性的大数据。

这项研究工作不仅突破了基于远场光学技术的高通量电学表征的瓶颈,而且为快速表征具有热,电,磁和力多个参数的材料奠定了基础,并将进一步推广材料科学要以大数据为基础。

科学的第四范式。

南方科技大学材料科学与技术系的张鹏博士,唐浩琪博士和顾传川博士是合著者,上海交通大学的项晓东教授和王宏教授是该论文的合著者。

通讯作者。

该论文的作者还包括南方科技大学材料系罗光复助理教授和中国科学技术大学卢亚林教授。

这项研究工作得到了国家重点研发计划和南方科技大学高级别特殊项目的支持,并且计算资源得到了南方科技大学计算科学与工程中心的支持。