准粒子

声子也许是一个最为人们熟知的例子。固体的原子之间有强的相互作用，每个原子都只能在阵点附近作微小振动，每个原子的运动都要牵动周围的原子，以点阵波的形式在晶体中传播。在简谐近似下，点阵振动可以看作是一系列相互独立的简谐振动的叠加，每种简谐振动对应于一种点阵波，有自己的频率和波矢，它的能量变化是量子化的，能量量子叫做声子（见点阵动力学）。

概念

准粒子的概念首先来自场论。如果我们首先假定 一个体系中存在着大量的“粒子” ，这些粒子就好像是一系列自由的粒子组合在了一起，并且我们假定我们已经知道了这些粒子的所有性质。那么接下来 我们是怎么知道它们的性质的呢？在固体物理中 任何一个材料都是由无数的粒子组成的，我们要想研究单个粒子的性质，只能通过某种激发 有激发，当然就有激发谱，所以我们人类所看到的，正是这样一个个激发谱 激发谱当然有一条条的谱线 我们说这每一条谱线就对应一种粒子，我们管这个就叫做“准粒子” 。所以很多时候，准粒子也可以称为元激发。声子，电子，空穴，激子，这些本质上来说，都是元激发。其实是没有任何区别的。从凝聚态物理学上，准粒子类似于在相互作用粒子系统中的一个实体，当实体中的一个粒子在系统中穿行并朝着一定方向运动，环绕该粒子的其它粒子云因为其间的相互作用而脱离原有的运动轨迹，或者“被拖拽着向某个方向运动”，从宏观上看来，这一系统就像一个自由运动着的整体，也就是一个“准粒子”。在凝聚态物理中，引入这样一个“准粒子”的概念非常重要，它是已知的能简化多体问题（如“三体”）少有方法之一。

激子

激子（exciton）描述了一对电子与电洞由静电库仑作用相互吸引而构成的束缚态，它可被看作是存在于绝缘体，半导体和某些液体中呈电中性的准粒子。激子是凝聚态物理中转移能量而不转移电荷的基本单位。半导体吸收一个光子之后就会形成一个激子。这个过程实际上是一个电子从价带激发到导带而留下一个处于固定位置带正电的空穴。此时，导带中的电子会受到空穴库仑力的吸引。吸引作用提供了能量平衡，使得激子体系的总能量略小于未束缚的电子和空穴的能量。束缚态的波函数是类氢的，属于奇异原子态，但这个束缚态的束缚能要比氢原子小许多，而激子的半径则比氢原子的要大。这是因为，一方面，半导体中存在相邻电子的库仑屏蔽；另一方面，电子和空穴构成激子的有效质量较小。电子和空穴的自旋可以是平行或反平行的。自旋通过交换作用发生耦合，于是产生了激子的精细结构。在周期性晶格中，激子的性质与其动量相关。激子的概念最早由Yakov Frenkel于1931年提出，用于解释绝缘体中的原子激发。他指出激发态可以像实体粒子一样在晶格中穿行而不发生电荷转移。

声子

声子（Phonon）是晶体中晶体结构集体激发的准粒子，化学势为零，服从玻色-爱因斯坦统计，是一种玻色子。声子本身并不具有物理动量，但是携带有准动量，并具有能量（其中为月华普朗克常数）。根据南部-戈德斯通定理，任何连续性整体对称性的自发破缺，必然对应一个零质量的玻色子。声子就是平移对称性被晶格的点阵结构自发破缺以后对应的玻色子。声子与电子的相互作用，是导致BCS超导的关键机制。

空穴

空穴又称电洞（Electron hole），在固体物理学中指共价键上流失一个电子，最后在共价键上留下空位的现象。一个呈电中性的原子，其正电的质子和负电的电子的数量是相等的。现在由于少了一个负电的电子，所以那里就会呈现出一个正电性的空位——空穴。当有外面一个电子进来掉进了空穴，就会发出电磁波——光子。空穴不是正电子，电子与正电子相遇湮灭时，所发出来的光子是非常高能的。那是两粒子的质量所完全转化出来的电磁波（通常会转出一对光子）。而电子掉入空穴所发出来的光子，其能量通常只有几个电子伏特。半导体由于禁带较窄，电子只需不多的能量就能从价带激发到导带，从而在价带中留下空穴。周围电子可以填补这个空穴，同时在原位置产生一个新的空穴，因此实际上的电子运动看起来就如同是空穴在移动。在半导体的制备中，要在4价的本征半导体（纯硅、锗等的晶体）的基础上掺杂。若掺入3价元素杂质（如硼、镓、铟[yīn]、铝等），则可产生大量空穴，获得P型半导体，又称空穴型半导体。空穴是P型半导体中的多数载流子。

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（英语：spin–charge separation）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。

研究发现

2022年10月14日消息，据发表在《自然·纳米技术》上的论文，美国纽约市立学院发现与创新中心和物理系宣布，他们通过将光耦合到超薄二维磁体上，观察到一种新型磁性准粒子。

参考资料

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