Sciencemag.cz
Doporučujeme
Kvazičástice na rozdíl od „skutečných“ částic (elementárních částic a objektů z nich složených) se obvykle pokládají za kolektivní excitace. Existují pouze v určitém prostředí, ať už jde třeba o díru (chybějící elektron) nebo zvukové vibrace (fonon). O elektronu můžeme mluvit izolovaně, díra mimo příslušný krystal neexistuje.
Celé je to ale trochu složitější a rozdíl mezi částicemi a kvazičásticemi není nutně tak zřetelný. Ve vakuu se excitací mohou objevovat i díry, někdy může být problém i s popisem „skutečné“ částice mimo kontext daného prostředí (Karsten Held z Vienna University of Technology dále např. uvádí, že skutečné částice mnohdy nepozorujeme přímo, ale detekujeme vlastně až kvazičástice). Nicméně dost filozofie, novinka publikovaná ve Physical Review Letters hovoří o nově objevené kvazičástici Pi-ton, složené ze dvou elektronů a dvou děr. Na Vídeňské technické univerzitě začali u počítačových simulací, ale rovněž navrhli, jak tuto kvazičástici detekovat experimentálně.
Jedná se o obdobu nedávno objevených částic kombinujících tři částice (elektrony/díry, viz také: Za pokojové teploty připravili trion, podivnou kombinaci elektronů a děr). Již delší dobu jsou známé excitony skládající se z jednoho elektronu a jedné díry. Právě při simulacích týkajících se excitonů vědci také na pi-tony narazili.
Interakce pi-tonů s okolním světem se odehrává prostřednictvím fotonů. Jeden foton pi-ton vytvoří, při jeho zániku je zase vyzářen. Název pi-ton (π-ton) je odvozen od Pi ve smyslu hodnoty úhlu v radiánech a souvisí s tím, že dva elektrony a díry drží při sobě fluktuace spinů (respektive fluktuace hustoty elektrického náboje). Pi-ton coby fluktuaci/excitaci si můžeme představit třeba jako něco, co mění barvu políčka šachovnice z bílé na černou, nebo jako něco, co drží pohromadě podobně jako šachovnice drží vedle sebe příslušně „obarvená“ políčka – viz i obrázek (poznámka PH: ne že by toto přirovnání z tiskové zprávy Vienna University of Technology subjektivně nějak moc vysvětlovalo).
Ačkoliv pi-tony byly zjištěny v rámci simulací, autoři výzkumu nepochybují o tom, že je půjde zachytit i experimentálně, protože se v rámci modelu vynořovaly opakovaně. Možná na ně ukazují již i některá známá data zaznamenaná při studiu titaničitanu samaritého (poznámka: samarium titanate je asi toto).
Možný praktický význam objevu? Pi-ton ukazuje další možný typ interakcí mezi světlem a pevnými látkami, tyto procesy se uplatňují mj. v polovodičích nebo fotovoltaických článcích.
A. Kauch et al. Generic Optical Excitations of Correlated Systems: π -tons, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.047401
Zdroj: Vienna University of Technology/Phys.org a další
