自旋子

自旋子（英語：spinon）是一種準粒子，是電子出現電荷自旋分離現象時分裂成的三種準粒子之一（另兩種為空穴子與軌道子）。

基本介紹

• 中文名：自旋子
• 外文名：spinon

簡介

自旋子（英語：spinon）是一種準粒子，是電子出現電荷自旋分離現象時分裂成的三種準粒子之一（另兩種為空穴子與軌道子）。

一維關聯電子系統中因負電荷之間顯著的排斥作用而出現電荷自旋分離。2009年劍橋大學與伯明罕大學的研究發現，金屬板上的電子因量子隧穿效應跳躍到量子線上並分裂為兩個準粒子，分別為攜帶電子自旋性質的自旋子與攜帶電荷的空穴子。2011年進一步的研究發現，在X射線照射下Sr₂CuO₃中銅原子的電子會躍遷到高能軌道，並分裂成自旋子與攜帶軌道位的軌道子。

軌道子

軌道子（英語：orbiton）是一種準粒子，是電子出現電荷自旋分離現象時分裂成的三種準粒子之一（另兩種為自旋子與空穴子）。

1997－1998年，van den Brink、Khomskii與Sawatzky從理論上預言了軌道子的存在。2011年的一項研究則在實驗中觀察到了軌道子。實驗使用X射線照射一維Sr₂CuO₃材料，導致銅原子中的電子躍遷到高能軌道，並分裂成攜帶自旋性質的自旋子與攜帶軌道位的軌道子。

研究人員用瑞士光源（Swiss Light Source）的X射線對一種叫做Sr2CuO3的鍶銅氧化物進行照射，讓其中銅原子的電子躍遷到高能軌道，相應電子繞核運動的速度也就越高。他們發現，電子被X射線激發後分裂為兩部分：一個是軌道子，產生軌道能量；另一個是自旋子，攜帶電子的自旋性及其他性質。Sr2CuO3有著特殊性質，材料中的粒子會被限制只能以一個方向運動，向前或向後。通過比較X射線照射材料前後的能量與動量的變換，可以追蹤分析新生粒子的性質。摘自量子力學書籍《見微知著》

實驗小組領導托斯登 施密特說：“這些實驗不僅需要很強的X射線，把能量收縮在極狹窄範圍，才能對銅原子的電子產生影響，還要有極高精度的X射線探測儀。”

“這是首次觀察到電子分成了獨立的自旋子和軌道子。現在我們知道了怎樣找到它們。下一步是同時產生出空穴子、自旋子和軌道子來。”理論小組領導傑羅恩 范德 布林克說，“在材料中，這些準粒子能以不同的速度、完全不同的方向運動。這是因為它們被限制在材料中時，性質就像波。當被激發時，波分裂為多個，每個攜帶電子的不同特徵，但它們不能在材料以外獨立存在。”

空穴子

空穴子（英語：holon），又稱為電荷子（chargon），是一種準粒子，是電子出現電荷自旋分離現象時分裂成的三種準粒子之一（另兩種為自旋子與軌道子）。

一維關聯電子系統中因負電荷之間顯著的排斥作用而出現電荷自旋分離。2009年劍橋大學與伯明罕大學的研究發現，金屬板上的電子因量子隧穿效應跳躍到量子線上並分裂為兩個準粒子，分別為攜帶電子自旋性質的自旋子與攜帶電荷的空穴子。

準粒子

在物理學中，準粒子或稱集體激發是一種發生在微觀複雜系統的突現現象。例如固態系統中會好像存在著另一種虛擬的粒子。 以電子在半導體中的運動為例，電子在運動過程中受到來自原子核以及其它電子的作用，然而其行為可以視作帶有不同質量的自由電子。 這個帶有不同質量的“電子”稱為“準電子”（electron quasiparticle）。另外一個實例是在半導體的價帶集體行進的電子，其行為可以視作半導體中存在著帶正電的空穴往反方向運行。 其它的準粒子包括聲子（來自固態系統中原子的振動）、電漿（來自電漿的振盪）等許多種類。

作為少數簡化多體問題的手段之一，準粒子的概念在凝態物理尤其重要。

參見

• 凝聚態物理學
  
• Luttinger液體