半导体钙钛矿在室温下会表现出超荧光，这是由于内置的热“减震器”可以保护材料内的偶极子免受热干扰。北卡罗来纳州立大学的一项新研究探索了这种宏观量子相变的机制，并解释了像钙钛矿这样的材料如何以及为什么在高温下表现出宏观量子相干性。

想象下有一群鱼整齐游动或萤火虫同步闪烁，这是自然界中集体行为的例子。当类似的集体行为在量子世界中发生时，它会导致出现一种被称为宏观量子相变现象的奇异过程(如超导、超流或超荧光)。在所有这些过程中，一组量子粒子形成了一个宏观的相干系统，它表现得就像是一个巨大的量子粒子。

超荧光是一种宏观的量子相变，其中有一群被称为偶极子的微小发光单元会形成一个巨大的量子偶极子，同时会辐射出一束光子。与超导性和超流性类似，超荧光现象通常需要低温才能观察，因为如果温度太高偶极子会移相太快而无法形成集体的相干状态。

最近，由北卡罗来纳州立大学物理学教授、描述这项工作的论文通讯作者Kenan Gundogdu领导的一个研究团队在室温下观察到了混合钙钛矿中的超荧光。Gundogdu说：“我们最初的观察表明，有些东西正在保护这些原子免受高温下的热扰动。”

该团队分析了一种常见的卤化铅杂化钙钛矿的结构和光学特性。他们注意到在这些材料中形成了极化子，这是一种由束缚晶格运动和电子组成的准粒子。晶格运动指的是一组原子的共同振荡。当电子与这些振荡的原子相结合时，就会形成极化子。

Gundogdu说：“我们的分析表明，大极化子的形成会产生一种热振动噪声的过滤机制，我们称之为‘隔振量子模拟(QAVI)。”

Franky So是北卡罗来纳州立大学材料科学与工程特聘教授同时也是该研究合作者，他说：“用外行的话来说，QAVI是一种减震器。一旦偶极子受到减震器的保护，它们就可以同步并表现出超荧光。”

据研究人员称，QAVI是某些材料(如混合钙钛矿)才固有的特性。了解这种机制的工作原理可能会导致量子设备能在室温下运行。Gundogdu说：“了解这种机制不仅可以解决一个重大的物理难题，还可以帮助我们识别、选择和定制具有可扩展量子相干性和宏观量子相变特性的材料。”（编译:Qtech）