京都工藝纖維大學電氣電子工學系的山下兼一教授和高橋駿助教等人組成的研究團隊成功證明，透過使用全無機鈣鈦礦以新的形態形成了光與物質之間的混合量子態——極化子態。
研究團隊發現，使用鹵化鉛鈣鈦礦半導體對於在室溫和低能量下表達極化子凝相非常有用。其關鍵在於材料中形成的電子激發態的特殊性。研究發現，在全部由無機元素構成的鹵化鉛鈣鈦礦半導體之一CsPbBr3中，透過光激發在室溫下生成的一對電子和電洞會透過自旋相關效應配對。
圖1：CsPbBr3微腔在RT時的預激發狀態（圖片出自《Light: Science & Applications》，由京都工藝纖維大學山下兼一教授提供）
a 根據 薩哈官網（補充資料中的（S1.1））計算出的激發粒子x/n與總激發密度n的函數關係；b 隨着激發密度的增加，填充激發粒子和耦合的轉變示意圖
這種自旋相關電子/電洞對會與封閉在諧振腔中的光量子強烈相輔作用，形成極化子態。這樣形成的極化子態與基於正負電荷庫侖力的普通電子/電洞對形成極化子態相比，即使在10倍以上的高密度下也可以保持穩定。
另外，在CsPbBr3中生成的電子/電洞對與有機半導體等相比，來自原子核的束縛較小，能在物質内相對自由地行程。這是出現宏觀數量的極化子粒子落入某一能態並統合動作的物理可用能現象——玻色·愛因斯坦凝聚的重要因素之一。
由此透過特殊的光學實驗證明瞭CsPbBr3光學微腔中自旋相關電子-電洞對中的極化子凝相的表達。
山下教授表示：「我們今後將利用可在室溫下凝聚的極化子態，開展旨在用於量子器件和光電元件的新型光物理可用能研究。極化子態同時具備光和物質（電子）的性質，作爲資訊操縱和傳遞的‘媒介’利用時，能分別利用光波和電子的特性。今後將開發可以更容易地生成和控制這種有趣狀態的技術。」
【詞注】
極化子態：透過利用半導體材料製作將光波封閉到光波長尺寸的狹窄區域的細結構——光學微腔，半導體中的電子狀態（電子/電洞對）與被封閉光波（光量子）的相輔作用加強，生成具有光和物質的混合性質的準粒子。生成的準粒子狀態被稱爲「極化子態」，有望成爲降低雷射光源閾值和提高光伏電池效率的基礎物理可用能。
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
