科学家发现在室温下创建和捕获三重子的方法

Trions由三个带电粒子组成，它们通过非常弱的键合能结合在一起。尽管在诸如电子学和量子计算的应用中，与电子相比，潜在的潜在问题是电子可能携带比电子更多的信息，但是在室温下，三核通常不稳定，并且三核粒子之间的键很弱，以至于它们很快分解。大多数关于Trion的研究都需要过冷温度，即使如此，它们短暂的性质也使得Trion难以控制且难以研究。

马里兰大学领导的一组研究人员发现了一种可靠地合成和捕获在室温下保持稳定的tri的方法。该研究使操纵Trion和研究其基本性质成为可能。这项工作在2019年10月16日发表在ACS Central Science上的研究论文中进行了描述。

UMD化学和生物化学教授，论文的高级作者王玉煌说：“这项工作使合成tri子非常有效，并提供了一种以前所未有的方式操纵它们的方法。”“凭借稳定和俘获三极子的能力，我们有可能建立一个非常干净的系统，用于研究控制发光二极管和光伏技术的过程以及开发量子信息技术。”

在这项新研究中，Wang及其同事使用化学反应在单壁碳纳米管的表面上产生了缺陷。所述缺陷导致纳米管的导电表面的能量分布中的凹陷。可以认为这些凹陷以及流动的带电粒子可能掉入并陷入内部的井。

产生缺陷后，研究人员将光子对准纳米管，并在缺陷部位观察到明亮的发光。在特征波长处的每一次发光都表明电子和称为激子的粒子已被俘获在缺陷部位并结合在一起形成三重子。

当研究人员将光子对准碳纳米管时，就产生了激子。当碳纳米管吸收光子时，纳米管中的电子从基态泵浦到激发态，留下带正电的空穴。空穴和电子紧密结合在一起，形成称为激子的电子-空穴对。根据研究人员的说法，当一个激子和一个电子落入由化学缺陷产生的井中时，它们会结合在一起，形成一个由两个电子和一个空穴组成的tri。随着tri离子的衰变，它释放出光子，从而导致研究人员观察到明亮的发光。

王说：“这就像将原子物理学带入化学实验室一样，”王说，“因为化学缺陷产生的阱就像是一个单一“键合”事件的一种原子级烧杯。令人兴奋的是， on决定了tri的能量水平，我们可以使用化学反应来操纵well。这意味着我们可以潜在地控制tri的能量和稳定性。”

Wang说，通过改变在纳米管表面上产生的化学缺陷的性质，有可能精确地控制它们捕获的tri的电荷，电子自旋和其他性质。在这项研究中观察到的被困的Wang和他的合作者比有报道的最亮的Trion亮7倍以上，并且使用寿命比自由Trion更长100倍以上。

Wang和他的团队打算继续开发他们的方法，以精确控制碳纳米管上故意制造的缺陷处的tri的合成，并研究tri的基本光物理性质和光学性质。

可靠地创建具有特定属性的稳定Trion的能力将对诸如生物成像，化学传感，能量收集，固态计算和量子计算等技术产生广泛的影响。

研究的主要作者之一Hyejin Kwon(博士)表示：“有趣的是，缺陷并不总是负面的，在我们的情况下，缺陷可能会导致全新的方式产生ons子并对这些准粒子进行基础研究。” (16岁，化学)，她现在在科罗拉多大学从事博士后研究。Kwon与Mijin Kim(18岁的化学博士)共同领导了这项研究，他现在是Memorial Sloan Kettering癌症中心的博士后。

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