京都工艺纤维大学电气电子工学系的山下兼一教授和高桥骏助教等人组成的研究团队成功证明，通过使用全无机钙钛矿以新的形态形成了光与物质之间的混合量子态——极化子态。
研究团队发现，使用卤化铅钙钛矿半导体对于在室温和低能量下表达极化子凝聚相非常有用。其关键在于材料中形成的电子激发态的特殊性。研究发现，在全部由无机元素构成的卤化铅钙钛矿半导体之一CsPbBr3中，通过光激发在室温下生成的一对电子和空穴会通过自旋相关效应配对。
图1：CsPbBr3微腔在RT时的预激发状态（图片出自《Light: Science & Applications》，由京都工艺纤维大学山下兼一教授提供）
a 根据 萨哈官网（补充资料中的（S1.1））计算出的激发粒子x/n与总激发密度n的函数关系；b 随着激发密度的增加，填充激发粒子和耦合的转变示意图
这种自旋相关电子/空穴对会与封闭在谐振腔中的光子强烈相互作用，形成极化子态。这样形成的极化子态与基于正负电荷库仑力的普通电子/空穴对形成极化子态相比，即使在10倍以上的高密度下也可以保持稳定。
另外，在CsPbBr3中生成的电子/空穴对与有机半导体等相比，来自原子核的束缚较小，能在物质内相对自由地移动。这是出现宏观数量的极化子粒子落入某一能态并协同动作的物理现象——玻色·爱因斯坦凝聚的重要因素之一。
由此通过特殊的光学实验证明了CsPbBr3光学微腔中自旋相关电子空穴对中的极化子凝聚相的表达。
山下教授表示：“我们今后将利用可在室温下凝聚的极化子态，开展旨在用于量子器件和光电子器件的新型光物理研究。极化子态同时具备光和物质（电子）的性质，作为信息操纵和传递的‘媒介’利用时，能分别利用光波和电子的特性。今后将开发可以更容易地生成和控制这种有趣状态的技术。”
【词注】
极化子态：通过利用半导体材料制作将光波封闭到光波长尺寸的狭窄区域的微细结构——光学微腔，半导体中的电子状态（电子/空穴对）与被封闭光波（光子）的相互作用加强，生成具有光和物质的混合性质的准粒子。生成的准粒子状态被称为“极化子态”，有望成为降低激光光源阈值和提高光伏电池效率的基础物理。
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
