气泡 物理学家第一次观测到了转瞬即逝的“极化子”准粒子
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极化子是一种重要的纳米级现象：电子和原子之间的一种瞬态结构（称为准粒子），只存在万亿分之一秒。这些构型具有着独特的特性，可以帮助我们理解组成它们的物质的一些神秘行为。刚刚，科学家们第一次观测到了它们。
这次，极化子是在铅杂化钙钛矿中测得的。钙钛矿是下一代太阳能电池材料，有望提高转换率，其性能超过目前主要使用的硅电池板。科学家们希望极化子的观测，能在某种程度上告诉我们钙钛矿是如何将阳光转化为电的。
为了找到极化子，科学家们用一种被称为“直线加速器相干光源（LCLS）”的巨型X射线自由电子激光器对铅杂化钙钛矿单晶进行了研究。这种激光器能够在最短的时间内，以最小的尺度对材料进行成像，最短的时间可达万亿分之一秒（或皮秒）。
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上图：铅杂化钙钛矿中的极化子。美国能源部阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的物理学家告诉我们：“当你用光照射一种材料时，就像在太阳能电池中发生的那样，电子会被释放，这些自由电子开始在材料周围移动。很快，它们就被一种局部扭曲的气泡包围和吞没了，这种气泡就是极化子。一些人认为，这个气泡可以保护电子不被材料中的缺陷散射掉，并有助于解释为什么它们能如此有效地到达太阳能电池的触点，以电流的形式流出。”
尽管，钙钛矿作为太阳能电池板材料很有前途，但其原因还不完全清楚：它们有很多缺陷，限制了电流通过它们的能力，而且它们以易碎和不稳定著称。极化子也许能提供一些答案。
这些极化子本质上是材料原子晶格结构的短暂移动扭曲，并向外移动了大约10层原子。这种扭曲使周围原子的间距增加了约50倍，达到50亿分之一米，超过几十皮秒。
这些微小的扭曲或气泡比科学家预期的要大，这是由于混合钙钛矿的柔性和软原子晶格结构所允许的。这种物质在某些方面同时表现为固体和液体。
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斯坦福大学的材料科学家解释道：“这些材料由于效率高、成本低，在太阳能研究领域掀起了一场风暴，但人们仍然对它们的工作原理争论不休。极化子可能已经存在很多年了，但我们的实验是第一次直接观察到这些局部扭曲的形成，包括它们的大小、形状和演化方式。”虽然，钙钛矿已经被用于太阳能生产中，通常与硅结合使用，但它们也并非没有挑战。尽管我们已经看到这些材料可显着提高效率，但据推测它们具有更大的能力。
随着时间的流逝，科学家继续克服各种障碍，使太阳能电池板效率保持在其应有的水平之上。并且，由于我们对太阳能发电场的依赖性不断提高，即使仅有几个百分点的改善也可以带来很大的不同。
然而，研究极化子的科学家们强调，他们还没有全面了解围绕这些准粒子的所有问题 —— 关于它们对钙钛矿和其他材料的影响，还有很多要了解的。
虽然，这次的研究实验已经直接地表明这些物体确实存在，但它并没有说明极化子对太阳能电池效率的贡献。为了了解这些过程如何影响这些材料的性能，科学家们还需要做更多的工作。
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