[科普中国]-自旋子

自旋子（英语：spinon）是一种准粒子，是电子出现电荷自旋分离现象时分裂成的三种准粒子之一（另两种为空穴子与轨道子）。

简介自旋子（英语：spinon）是一种准粒子，是电子出现电荷自旋分离现象时分裂成的三种准粒子之一（另两种为空穴子与轨道子）。

一维关联电子系统中因负电荷之间显著的排斥作用而出现电荷自旋分离。2009年剑桥大学与伯明翰大学的研究发现，金属板上的电子因量子隧穿效应跳跃到量子线上并分裂为两个准粒子，分别为携带电子自旋性质的自旋子与携带电荷的空穴子。2011年进一步的研究发现，在X射线照射下Sr2CuO3中铜原子的电子会跃迁到高能轨道，并分裂成自旋子与携带轨道位的轨道子。1

轨道子轨道子（英语：orbiton）是一种准粒子，是电子出现电荷自旋分离现象时分裂成的三种准粒子之一（另两种为自旋子与空穴子）。

1997－1998年，van den Brink、Khomskii与Sawatzky从理论上预言了轨道子的存在。2011年的一项研究则在实验中观察到了轨道子。实验使用X射线照射一维Sr2CuO3材料，导致铜原子中的电子跃迁到高能轨道，并分裂成携带自旋性质的自旋子与携带轨道位的轨道子。1

研究人员用瑞士光源（Swiss Light Source）的X射线对一种叫做Sr2CuO3的锶铜氧化物进行照射，让其中铜原子的电子跃迁到高能轨道，相应电子绕核运动的速度也就越高。他们发现，电子被X射线激发后分裂为两部分：一个是轨道子，产生轨道能量；另一个是自旋子，携带电子的自旋性及其他性质。Sr2CuO3有着特殊性质，材料中的粒子会被限制只能以一个方向运动，向前或向后。通过比较X射线照射材料前后的能量与动量的变换，可以追踪分析新生粒子的性质。摘自量子力学书籍《见微知著》

实验小组领导托斯登 施密特说：“这些实验不仅需要很强的X射线，把能量收缩在极狭窄范围，才能对铜原子的电子产生影响，还要有极高精度的X射线探测仪。”

“这是首次观察到电子分成了独立的自旋子和轨道子。现在我们知道了怎样找到它们。下一步是同时产生出空穴子、自旋子和轨道子来。”理论小组领导杰罗恩 范德 布林克说，“在材料中，这些准粒子能以不同的速度、完全不同的方向运动。这是因为它们被限制在材料中时，性质就像波。当被激发时，波分裂为多个，每个携带电子的不同特征，但它们不能在材料以外独立存在。”2

空穴子空穴子（英语：holon），又称为电荷子（chargon），是一种准粒子，是电子出现电荷自旋分离现象时分裂成的三种准粒子之一（另两种为自旋子与轨道子）。

一维关联电子系统中因负电荷之间显著的排斥作用而出现电荷自旋分离。2009年剑桥大学与伯明翰大学的研究发现，金属板上的电子因量子隧穿效应跳跃到量子线上并分裂为两个准粒子，分别为携带电子自旋性质的自旋子与携带电荷的空穴子。1

准粒子在物理学中，准粒子或称集体激发是一种发生在微观复杂系统的突现现象。例如固态系统中会好像存在着另一种虚拟的粒子。 以电子在半导体中的运动为例，电子在运动过程中受到来自原子核以及其它电子的作用，然而其行为可以视作带有不同质量的自由电子。 这个带有不同质量的“电子”称为“准电子”（electron quasiparticle）。另外一个实例是在半导体的价带集体行进的电子，其行为可以视作半导体中存在着带正电的空穴往反方向运行。 其它的准粒子包括声子（来自固态系统中原子的振动）、等离子体（来自等离子体的振荡）等许多种类。

作为少数简化多体问题的手段之一，准粒子的概念在凝态物理尤其重要。1

参见凝聚态物理学

Luttinger液体

本词条内容贡献者为:

李晓林 - 教授 - 西南大学