在溫度極低的條件下，物質(zhì)的行為通常與正常條件下的行為不同。當溫度降低到-273℃左右時，物理粒子可能會放棄其獨立性并在短時間內(nèi)合并為單個對象，并賦予對象中所有粒子以相同的屬性，這種對象的結(jié)構(gòu)稱為玻色-愛因斯坦凝聚物（Bose-Einstein Condensates），代表物質(zhì)的一種特殊聚集狀態(tài)。

近期，由奧爾登堡大學的物理學家Carlos Anton-Solanas博士和Christian Schneider教授率領(lǐng)的國際研究團隊已經(jīng)首次成功地在電荷載流子復(fù)合物中產(chǎn)生了這種不尋常的量子態(tài)，其中該載流子復(fù)合物與光粒子緊密相連，并位于由單原子層組成的超薄半導(dǎo)體片中。且這一過程產(chǎn)生的光與激光類似，有望將其應(yīng)用于超小型固態(tài)激光器的制造中。

單原子層產(chǎn)生玻色-愛因斯坦凝聚體示意圖

該研究的重點是由物質(zhì)和光組成的準粒子，稱為激子-極化子（exciton-polaritons），它是固體中激發(fā)電子與光粒子（光子）之間強耦合的產(chǎn)物：電子首先受激光的影響被激發(fā)到高能級狀態(tài)；其次由于高能級的狀態(tài)不穩(wěn)定，電子會在大約一萬億分之一秒的時間內(nèi)發(fā)射出光粒子并重新返回基態(tài)；然后這些光粒子會被困在兩個反射鏡之間，并會重新激發(fā)新的電子；最后這一循環(huán)不斷重復(fù)，直至光粒子逃脫兩個反射鏡，向外輻射，此時這種光粒子就被稱為激子-極化子，它們結(jié)合了電子和光子的特性，并且與某些稱為玻色子的物理粒子行為類似。

在這項研究中，研究人員對單原子層組成的超薄晶體中的激子極化子進行了相關(guān)研究，他們首先制造了厚度小于1 nm的二硒化鉬薄片，并將其放置在兩層其他材料之間形成“微腔”，使其像反射鏡一樣反射光粒子；隨后，他們將裝置冷卻到-273℃左右，并使用短脈沖激光激發(fā)激子-極化子；最后增大激光強度后發(fā)現(xiàn)，當激光到達一定強度后，該樣品的發(fā)光效果明顯增強，這也表明他們已經(jīng)成功的利用激子-極化子產(chǎn)生了玻色-愛因斯坦凝聚體。

Carlos Anton-Solanas博士也對此表示：“該實驗可以表明僅利用單原子層便可成功構(gòu)造出相干光源，即意味著已經(jīng)通過該方法制造出了最小的固態(tài)激光器。”在未來，研究人員將致力于在室溫條件下實現(xiàn)相同的效果，使其更加適合于實際的應(yīng)用當中。