این کشف با استفاده از آزمایش‌های نوری و مدل‌سازی‌های نظری پیشرفته انجام شده و مشخصه‌های طیفی منحصربه‌فردی را نمایان کرده که با مدل‌های موجود قابل تبیین نبودند.

در جستجوی ماهیت پیچیده مواد

به گزارش ساینس دیلی، یکی از اهداف بنیادین فیزیک، درک دلایل بروز ویژگی‌های خاص در مواد مختلف است؛ ویژگی‌هایی نظیر رفتار الکتریکی، نوری، گرمایی یا مغناطیسی. این ویژگی‌ها زیربنای بیشتر فناوری‌های امروزی هستند. نظریه‌های نوین کوانتومی توضیح می‌دهند که این خواص به‌واسطه برهم‌کنش‌های ذرات بنیادی و تحریکات کوانتومی شکل می‌گیرند که اغلب به‌صورت شبه‌ذره شناخته می‌شوند.

از جمله شبه‌ذره‌های شناخته‌شده می‌توان به فونون‌ها (ارتعاشات کمّی‌شده شبکه بلور)، الکترون‌ها و حفره‌ها (در نیمه‌رساناها)، و پلارون‌ها (الکترون‌ها یا حفره‌هایی که با فونون‌ها جفت شده‌اند) اشاره کرد. همچنین ساختار‌هایی پیچیده‌تری نظیر اکسیتون‌ها (جفت‌های الکترون-حفره مشابه اتم هیدروژن) و بی‌اکسیتون‌ها (دو اکسیتون جفت‌شده که ساختاری شبیه مولکول هیدروژن دارند) نیز وجود دارند.

با آنکه بی‌اکسیتون‌ها از چهار ذره تشکیل شده‌اند، اغلب به‌عنوان یک سیستم قابل تجزیه به دو اکسیتون در نظر گرفته می‌شوند؛ بنابراین، ماهیت آنها دو-ذره‌ای محسوب می‌شود. اما از مدت‌ها پیش، فیزیک‌دانان احتمال وجود شبه‌ذرات چهار-ذره‌ای واقعی را مطرح کرده‌اند که قابل کاهش به سیستم‌های دو-ذره‌ای نباشند. تاکنون شواهد تجربی بسیار اندکی برای چنین حالت‌هایی وجود داشته و هیچ‌یک نیز در نیمه‌رسانا‌ها تأیید نشده بود.

نخستین شواهد تجربی از شبه‌ذره واقعی چهارتایی

در مقاله‌ای جدید که در نشریه eLight منتشر شده، تیمی از دانشمندان به رهبری کون-ژنگ نینگ از دانشگاه فناوری شنژن و دانشگاه تسین‌هوا چین، نتایج تجربی و نظری خود را منتشر کرده‌اند که نشان‌دهنده وجود یک شبه‌ذره واقعی چهارتایی به نام «چهارپلون» در ماده‌ای دوبعدی با ضخامت تک‌لایه‌ای، یعنی «دی‌تلورید مولیبدن» (MoTe₂) است.

در این پژوهش، تیم تحقیقاتی از ساختاری مبتنی بر یک تک‌لایه از دی‌تلورید مولیبدن استفاده کردند که بین دو لایه نازک از نیترید بور قرار گرفته بود. الکترود فلزی به بخش بالایی متصل شده و لایه پایین نیترید بور نیز به‌عنوان دی‌الکتریک عمل می‌کرد که الکترود «گِیت» در زیر آن قرار داشت. این آرایش به تیم اجازه داد بار‌های الکتریکی داخل نیمه‌رسانای تک‌لایه را کنترل کرده و نحوه تغییر پاسخ‌های طیفی را با ولتاژ گیت بررسی کنند.