科学家首次发现“三位一体”新型准粒子

科技日报南京11月16日电 （记者金凤）记者16日从南京大学获悉，该校固体微结构物理全国重点实验室陈延峰教授团队与山东大学晶体材料全国重点实验室于浩海教授团队合作，在国际上首次实现电子、声子和光子三种基本粒子的高效耦合，并首次发现“三位一体”新型准粒子，这是中国科学家发现的第二个声子相关准粒子。这一突破性进展为声子耦合激光物理、自适应非线性光学等前沿领域开辟了全新的研究方向。相关研究近日刊发于国际学术期刊《自然·物理》。

电子、声子和光子是晶体材料3种基本的能量载体。研究三者的激发态调控和耦合效应，是发现晶体新规律、提升晶体新物性和开辟晶体新应用的关键。但由于三者之间的能量或动量尺度存在巨大差异，提高其激发效率和耦合强度，实现高效精准的晶格调控与功能拓展，一直是固体物理和晶体材料领域最为基础性和极具挑战性的难题。

论文通讯作者陈延峰介绍，此次团队构建了电子、声子和光子的多重耦合物理模型，首次发现了三者共同耦合形成的激发态准粒子。

“我们在声子强耦合激光晶体中，优选具有光学倍频效应的材料，通过强制谐振耦合成功实现了能量关联和动量锁定，从而突破了限制强耦合准粒子产生的阈值。”论文共同第一作者、山东大学教授梁飞说。

基于这一创新思路，研究团队进一步设计了功能集成的倍频激光器件，并验证了准粒子激发导致的晶格调控和功能拓展。“这突破了非线性光学频率转换中经典的波矢匹配关系，开辟了自适应非线性光学新方向，为激光和非线性光学材料及技术研究提供了新原理。”论文共同通讯作者于浩海说。

陈延峰认为，这些结果不仅验证了电子、声子和光子三者强耦合的可行性，更牵引出新的物理效应，对认知固体世界的基本规律具有重要作用。这项突破在量子调控、光频梳和太赫兹声子学等相关领域也具有重要应用价值。