首次发现！第四态：等离子体与固体相互作用的新效应

等离子体是一种由无序运动的电子、离子、原子和分子组成的热气体，它构成了恒星的内部，但科学家们可以在实验室中使用特殊设备人工制造它们。如果等离子体接触到固体，如实验室设备的壁面，在一定条件下，壁面会发生根本而永久的改变：等离子体中的原子和分子可以沉积在固体材料上，或者高能等离子离子可以将原子击出固体，从而使其表面变形甚至破坏。来自基尔大学理论物理和天体物理研究所的一个研究小组最近发现了一种令人惊讶的新效应：

博科园-科学科普：即固体材料的电子性质，如导电性，可以通过离子冲击以一种可控的、极快的和可逆的方式改变。其研究结果发表在《物理评论快报》上。50多年来等离子体物理和材料科学领域的科学家们一直在研究等离子体与固体之间的界面过程。然而直到最近，在固体内部发生的过程都只是以一种简化的方式进行描述。因此准确预测是不可能的，新技术应用通常是通过反复试验而发现。Kiel的科学家多年来也一直在研究等离子体-固体界面，开发新实验诊断、理论模型和技术应用。

利用基尔大学Niclas Schlunzen的超级计算机，Karsten Balzer, Jan-Philip Joost和Michael Bonitz教授(左起)首次描述了高能等离子离子撞击纳米结构固体所产生的超快电子过程；合著者马克西米利安•罗德里格斯•拉斯穆森(图中未显示)也对这项研究做出了重大贡献。图片：Siekmann, CAU

但是在他们最近发表的研究中，由Michael Bonitz教授领导的研究小组达到了一个新模拟精度水平。他们以高时间分辨率研究了固体中的过程，并能实时观察固体在高能等离子离子轰击下的反应。为了在几飞秒、千分之一秒的尺度上描述这些超快过程，该团队首次应用了精密的多粒子、量子力学模拟方法。结果证明，离子可以显著地激发固体中的电子。因此，两个电子可能占据一个晶格位置，从而形成所谓的双blon。这种效应发生在某些纳米结构中，例如所谓的石墨烯纳米带。

这些条带由单层碳原子制成，由于其独特的力学和电学特性，包括极高的灵活性和导电性，在纳米电子技术中有可能得到应用。通过控制这种双光子的产生，有可能以一种可控的方式改变这种纳米带性质。此外研究人员能够预测这种效应也可以在超冷气体的光学晶格中观察到，因此，基尔科学家的研究结果甚至在等离子体-固体相互作用领域之外也具有重要意义。现在，物理学家们正在寻找最佳的条件，在这种条件下，这种效应也可以在实验室产生的等离子体中得到实验验证。

“博科园”最后留一个有趣的问题：你知道宇宙中物质有多少态？分别是那些态？

博科园-科学科普｜研究/来自: 基尔大学

参考期刊文献:《物理评论快报》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.267602

博科园-传递宇宙科学之美