據外媒報道，激子是可以通過固體物質傳輸能量的准粒子。這使得它們對未來材料和設備的發展非常重要–但需要更多的研究來了解它們的基本行為和如何操縱它。米蘭理工大學的研究人員與光子和納米技術研究所IFN-CNR以及筑波大學（日本）和馬克斯-普朗克物質結構與動力學研究所（德國漢堡）的一個理論小組合作，發現一個激子在受到光的刺激時可以同時擁有兩種完全不同的特性。
他們的工作最近發表在《自然通訊》上，為當前和未來的激子研究提供了關鍵的新見解。
在固體中，激子由一個帶負電的電子和一個帶正電的空穴組成。它們是一種所謂的“多體效應”，由許多粒子的相互作用產生，特別是當一個強光脈衝擊中固體材料時。在過去的十年中，研究人員已經觀察到了“多體效應”，其時間尺度短到令人難以想象，換句話說，是十億分之一秒。
然而，由於許多粒子相互作用時的超快電子動力學的複雜性，科學家們仍然沒有對激子和其他“多體效應”達成基本的理解。來自米蘭理工大學、筑波大學和馬克斯-普朗克結構與動力學研究所（MPSD）的研究小組希望通過採用最先進的阿秒瞬時反射光譜和微觀理論模擬來探索MgF2單晶中光誘導的超快激子動力學。
通過結合這些方法，該團隊發現了激子的一個全新屬性。它們可以同時顯示出原子狀和固體狀的特徵。在顯示原子特徵的激子中，電子和空穴通過其庫侖引力緊密地結合在一起–就像原子中的電子被原子核所結合一樣。另一方面，在具有類似固體特徵的激子中，電子在固體中更自由地移動，與海洋中的波浪不一樣。
“這些是重要的發現。”來自米蘭理工大學的主要作者Matteo Lucchini說：“因為了解激子如何在這些極端的時間尺度上與光互動，使我們能夠設想如何利用它們的獨特特性，促進建立一類新的電光設備。”
在ERC項目AuDACE（”Attosecond Dynamics in AdvanCed matErials”）中的Attosecond研究中心（ARC）進行的阿托秒實驗中，研究人員首次成功觀察到激子的亞飛秒動態，其信號由慢速和快速部分組成。來自MPSD和筑波大學的共同作者Shunsuke Sato補充說，這一現象用先進的理論模擬進行了解釋：“我們的計算澄清了信號的慢分量源自激子的類原子特性，而快分量則源自類固體特性–這是一個突破性的發現，它證明了激子的雙重特性是共存的！”
這項工作為通過光操縱激子以及材料的特性開闢了一條重要的新途徑。它代表了向深入理解物質中的非平衡電子動力學邁出的重要一步，並為未來超高速光電設備、電子學、光學、自旋電子學和激子學的發展提供了基礎知識。