自旋子(英语:spinon)是一种
准粒子,是
电子出现电荷自旋分离现象时分裂成的三种准粒子之一(另两种为
空穴子与
轨道子)。
一维关联电子系统中因
负电荷之间显著的排斥作用而出现电荷自旋分离。2009年
剑桥大学与
伯明翰大学的研究发现,金属板上的电子因
量子隧穿效应跳跃到
量子线上并分裂为两个准粒子,分别为携带电子
自旋性质的自旋子与携带电荷的空穴子。2011年进一步的研究发现,在
X射线照射下Sr2CuO3中铜原子的电子会跃迁到高能轨道,并分裂成自旋子与携带轨道位的轨道子。
轨道子(英语:orbiton)是一种
准粒子,是
电子出现电荷自旋分离现象时分裂成的三种准粒子之一(另两种为
自旋子与
空穴子)。
1997-1998年,van den Brink、Khomskii与Sawatzky从理论上预言了轨道子的存在。2011年的一项研究则在实验中观察到了轨道子。实验使用
X射线照射一维Sr2CuO3材料,导致铜原子中的电子跃迁到高能轨道,并分裂成携带
自旋性质的自旋子与携带轨道位的轨道子。
研究人员用瑞士光源(Swiss Light Source)的X射线对一种叫做Sr2CuO3的锶铜氧化物进行照射,让其中铜原子的电子跃迁到高能轨道,相应电子绕核运动的速度也就越高。他们发现,电子被X射线激发后分裂为两部分:一个是轨道子,产生轨道能量;另一个是自旋子,携带电子的自旋性及其他性质。Sr2CuO3有着特殊性质,材料中的粒子会被限制只能以一个方向运动,向前或向后。通过比较X射线照射材料前后的能量与动量的变换,可以追踪分析新生粒子的性质。
“这是首次观察到电子分成了独立的自旋子和轨道子。现在我们知道了怎样找到它们。下一步是同时产生出空穴子、自旋子和轨道子来。”理论小组领导杰罗恩 范德 布林克说,“在材料中,这些准粒子能以不同的速度、完全不同的方向运动。这是因为它们被限制在材料中时,性质就像波。当被激发时,波分裂为多个,每个携带电子的不同特征,但它们不能在材料以外独立存在。”
空穴子(英语:holon),又称为电荷子(chargon),是一种
准粒子,是
电子出现电荷自旋分离现象时分裂成的三种准粒子之一(另两种为
自旋子与
轨道子)。
在
物理学中,准粒子或称集体激发是一种发生在微观复杂系统的突现现象。例如固态系统中会好像存在着另一种虚拟的粒子。 以
电子在
半导体中的运动为例,电子在运动过程中受到来自原子核以及其它电子的作用,然而其行为可以视作带有不同质量的自由电子。 这个带有不同质量的“电子”称为“准电子”(electron quasiparticle)。另外一个实例是在半导体的
价带集体行进的电子,其行为可以视作半导体中存在着带正电的
空穴往反方向运行。 其它的准粒子包括
声子(来自固态系统中原子的振动)、
等离子体(来自等离子体的振荡)等许多种类。