Trions由三個(gè)帶電粒子組成，它們通過非常弱的鍵合能結(jié)合在一起。盡管在諸如電子學(xué)和量子計(jì)算的應(yīng)用中，與電子相比，潛在的潛在問題是電子可能攜帶比電子更多的信息，但是在室溫下，三核通常不穩(wěn)定，并且三核粒子之間的鍵很弱，以至于它們很快分解。大多數(shù)關(guān)于Trion的研究都需要過冷溫度，即使如此，它們短暫的性質(zhì)也使得Trion難以控制且難以研究。

馬里蘭大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員發(fā)現(xiàn)了一種可靠地合成和捕獲在室溫下保持穩(wěn)定的tri的方法。該研究使操縱Trion和研究其基本性質(zhì)成為可能。這項(xiàng)工作在2019年10月16日發(fā)表在ACS Central Science上的研究論文中進(jìn)行了描述。

UMD化學(xué)和生物化學(xué)教授，論文的高級作者王玉煌說：“這項(xiàng)工作使合成tri子非常有效，并提供了一種以前所未有的方式操縱它們的方法。”“憑借穩(wěn)定和俘獲三極子的能力，我們有可能建立一個(gè)非常干凈的系統(tǒng)，用于研究控制發(fā)光二極管和光伏技術(shù)的過程以及開發(fā)量子信息技術(shù)。”

在這項(xiàng)新研究中，Wang及其同事使用化學(xué)反應(yīng)在單壁碳納米管的表面上產(chǎn)生了缺陷。所述缺陷導(dǎo)致納米管的導(dǎo)電表面的能量分布中的凹陷。可以認(rèn)為這些凹陷以及流動(dòng)的帶電粒子可能掉入并陷入內(nèi)部的井。

產(chǎn)生缺陷后，研究人員將光子對準(zhǔn)納米管，并在缺陷部位觀察到明亮的發(fā)光。在特征波長處的每一次發(fā)光都表明電子和稱為激子的粒子已被俘獲在缺陷部位并結(jié)合在一起形成三重子。

當(dāng)研究人員將光子對準(zhǔn)碳納米管時(shí)，就產(chǎn)生了激子。當(dāng)碳納米管吸收光子時(shí)，納米管中的電子從基態(tài)泵浦到激發(fā)態(tài)，留下帶正電的空穴?？昭ê碗娮泳o密結(jié)合在一起，形成稱為激子的電子-空穴對。根據(jù)研究人員的說法，當(dāng)一個(gè)激子和一個(gè)電子落入由化學(xué)缺陷產(chǎn)生的井中時(shí)，它們會結(jié)合在一起，形成一個(gè)由兩個(gè)電子和一個(gè)空穴組成的tri。隨著tri離子的衰變，它釋放出光子，從而導(dǎo)致研究人員觀察到明亮的發(fā)光。

王說：“這就像將原子物理學(xué)帶入化學(xué)實(shí)驗(yàn)室一樣，”王說，“因?yàn)榛瘜W(xué)缺陷產(chǎn)生的阱就像是一個(gè)單一“鍵合”事件的一種原子級燒杯。令人興奮的是， on決定了tri的能量水平，我們可以使用化學(xué)反應(yīng)來操縱well。這意味著我們可以潛在地控制tri的能量和穩(wěn)定性。”

Wang說，通過改變在納米管表面上產(chǎn)生的化學(xué)缺陷的性質(zhì)，有可能精確地控制它們捕獲的tri的電荷，電子自旋和其他性質(zhì)。在這項(xiàng)研究中觀察到的被困的Wang和他的合作者比有報(bào)道的最亮的Trion亮7倍以上，并且使用壽命比自由Trion更長100倍以上。

Wang和他的團(tuán)隊(duì)打算繼續(xù)開發(fā)他們的方法，以精確控制碳納米管上故意制造的缺陷處的tri的合成，并研究tri的基本光物理性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)。

可靠地創(chuàng)建具有特定屬性的穩(wěn)定Trion的能力將對諸如生物成像，化學(xué)傳感，能量收集，固態(tài)計(jì)算和量子計(jì)算等技術(shù)產(chǎn)生廣泛的影響。

研究的主要作者之一Hyejin Kwon(博士)表示：“有趣的是，缺陷并不總是負(fù)面的，在我們的情況下，缺陷可能會導(dǎo)致全新的方式產(chǎn)生ons子并對這些準(zhǔn)粒子進(jìn)行基礎(chǔ)研究。” (16歲，化學(xué))，她現(xiàn)在在科羅拉多大學(xué)從事博士后研究。Kwon與Mijin Kim(18歲的化學(xué)博士)共同領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究，他現(xiàn)在是Memorial Sloan Kettering癌癥中心的博士后。