准粒子研究为碲提供了新的见解，为下一代电子学铺平了道路

为了描述物质在无穷小尺度上的工作原理，研究人员用单个概念来指定集体行为，比如称一群同步飞行的鸟为“群”或“低语”。这些概念所指的现象被称为准粒子，可能是下一代技术的关键

在最近发表在《科学进展》上的一项研究中，由Rice电气与计算机工程、材料科学和纳米工程副教授Shengxi Huang领导的一个研究小组描述了一种准粒子——极化子——在碲烯中的行为，碲烯是一种于2017年首次合成的纳米材料，由碲原子的微小链组成，具有可用于传感、电子、光学和能源设备的特性

“与块状相比，当碲烯的厚度减少到几纳米时，其电子和光学性质会发生巨大变化，”Rice博士生、该研究的第一作者Kunyan Zhang说。“具体来说，这些变化改变了电流的流动方式和材料的振动方式，我们将其追溯到碲变薄时极化子的转变。”

当携带电荷的粒子（如电子）与材料原子或分子晶格中的振动相互作用时，极化子形成。想象一下，在一场演讲中，座无虚席的礼堂里响起了一通电话：就像观众集体将目光转移到中断的源头一样，晶格振动也会根据电荷载流子调整方向，围绕极化光环组织自己——这就是准粒子的名字

根据碲层的薄度，这种反应的幅度——即光环的跨度——可能会有很大差异。理解这种极化子跃迁很重要，因为它揭示了电子和振动之间的基本相互作用如何影响材料的行为，特别是在低维条件下

“这些知识可以为更高效的电子设备或新型传感器等先进技术的设计提供信息，并帮助我们在最小尺度上理解材料的物理学，”该论文的通讯作者黄说

研究人员假设，随着碲从块状转变为纳米厚度，极化子从大的、分散的电子振动相互作用转变为较小的、局部的相互作用。计算和实验测量支持了这种情况。张说：“我们分析了振动频率和线宽如何随厚度变化，并将其与电输运性质的变化相关联，辅以X射线吸收光谱中观察到的结构畸变。”。“此外，我们开发了一种场论来解释薄层中增强的电子振动耦合的影响。”

该团队的综合方法比以前更深入地了解了碲中厚度依赖的极化子动力学。这得益于所采用的先进研究技术的改进和最近高质量碲样品的开发

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张说：“我们的发现强调了极化子在碲变薄时如何影响碲的电输运和光学性质。”。“在较薄的层中，极化子会定位电荷载流子，导致电荷载流子迁移率降低。这一现象对于设计现代器件至关重要，因为现代器件不断变小，功能依赖于更薄的材料。”

一方面，电荷迁移率降低会限制电子元件的效率，特别是对于需要高导电性的应用，如电力传输线或高性能计算硬件。另一方面，这种局域效应可以指导高灵敏度传感器和相变、铁电、热电和某些量子器件的设计和开发

黄说：“我们的研究为碲等工程材料平衡这些权衡提供了基础。”。“它为设计更薄、更高效的设备提供了宝贵的见解，同时解决了低维材料独特行为带来的挑战，这对下一代电子和传感器的发展至关重要。”