puolijohdehiukkasia

Puolijohdehiukkasia ovat emergentteja, hiukkasmaisia eksitaatioita, jotka syntyvät vuorovaikutteisten monihiukkasjärjestelmien tiloihin. Ne ovat ei-peruspartikkeleita, vaan useamman hiukkasen vuorovaikutusten tuloksena muodostuneita kollektiivisia tiloja, joita voidaan käsitellä kuin hiukkasina, joilla on omat tehokkaat ominaisuutensa.

Teoreettisesti puolijohdehiukkasia kuvaa usean kappaleen tönäisystä johtava monta kehittyneen tilan käsittelevä kuva. Niiden ominaisuuksiin kuuluvat dispersio E(k), eli energian ja momentin suhde, sekä elinikä tau, joka ilmaisee niiden hajoamisen tai vuorovaikutusten kestävyyden. Tehokas massa m* ja residuaali Z kuvaavat, miten vuorovaikutukset muokkaavat liikettä ja osallistumista tilaan. Puolijohde- ja materiaalisovelluksissa tämä käsite auttaa selittämään, miten kollektiiviset tilat vaikuttavat sähköisiin ja optisiin ominaisuuksiin.

Esimerkkejä puolijohdehiukkasista ovat fonit (lattivärähtelyt), magnnonit (spin waves), eksitonit (elektronin ja aukon sitoutuneet parit), plasmonit (kollektiohyökkäysten varautumiset) sekä polaritit (valon ja aineen hybridejä tiloja). Näitä tiloja tutkitaan erityisesti puolijohteissa ja nanorakenteissa, joissa ne vaikuttavat kuten kantajat ja valon virittäjät samanaikaisesti.

Mittaaminen ja havainto tapahtuvat muun muassa kulmamäärään liittyvällä fotoemissioanalyysillä (ARPES), optisella spekto­kollisuudella sekä inelastisella kulutustutkimuksella. Puolijohdehiukkasista muodostuva kuva on erityisen hyödyllinen elektronisten ja fotonisten sovellusten suunnittelussa sekä materiaalien vuorovaikutusten ymmärtämisessä. Rajoitteita ovat tilojen validiteetti: ne voivat hämärtyä tai menettää määritelmänsä voimakkaasti vuorovaikutusten ja matalan ulottuvuuden järjestelmissä, jolloin ersä quasiparticle -käsitteen käyttö voi olla epäluotettavaa.