近日，深圳技术大学集成电路与光电芯片学院宁存政教授团队，在国际光学顶级期刊eLight上发表重大科研成果——首次实验证实一种全新的复合量子实体的存在，并将其命名为“四子（Quadruplon）”。这一发现不仅突破了半导体物理的传统认知，更有望为半导体技术和量子器件的开发带来革命性的进展。

在现代科技中，准粒子是理解半导体材料特性的关键。它们就像半导体中的“小精灵”，“操控”着材料的电学、光学等特性，这些特性是各种材料应用的基础。而这次宁存政教授团队发现的“四子”，则是一种全新的、由2电子-2空穴直接关联形成的四体准粒子。这种粒子在之前的研究中实验证据稀缺，尤其在半导体中从未发现，它的发现填补了半导体物理领域的一项空白。

据了解，宁存政教授团队利用超快光学泵浦-探测技术，对单层二碲化钼（MoTe₂）进行了深入的研究。他们在激子峰低能量侧发现了六个新的吸收峰，这些峰无法用现有的准粒子理论来解释。“我们系统研究了这些特征峰随温度与泵浦功率的演变规律，所有证据都指向材料的内禀属性。”论文第一作者唐嘉铖博士介绍道。在排除杂质、缺陷等外在干扰后，团队确认这些谱峰代表着全新的物理现象。

传统理论模型在解释这些光谱特征时遭遇困境。“现有理论只能描述激子、三子和双激子等已知准粒子。当我们突破性地考虑全部四体量子态后，新理论完美复现了所有实验特征。”宁存政教授回忆理论突破的关键时刻。通过独创的“集团展开”分析方法，团队最终确认这些特征源自由2电子-2空穴直接关联形成的四子——这种强关联量子实体无需激子参与即可稳定存在，与经典双激子的组合模式存在本质差异。

“四子的发现丰富了现有的准粒子体系。”宁存政强调，“更重要的是，这种四体强关联系统为制备量子纠缠态提供了全新物质载体。”该发现与欧洲核子中心在夸克系统中观测的类似现象形成跨尺度呼应，为研究四体量子系统开辟了更易操控的半导体平台。

值得一提的是，宁存政教授团队在半导体物理领域的突破并非首次。本月内，他们已在国际权威期刊ACS Nano上发表了另一项重大成果，首次从实验和理论双重层面证实了三子与带电激子的本质差异。这一发现打破了学界延续60年的认知模糊，为未来开发新型半导体器件奠定了重要理论基础。而这次“四子”的发现，更是团队在半导体物理领域深耕细作、不断创新的又一力证。

宁存政教授表示：“在半导体器件方面的原始创新就是发现半导体中的新的物理现象，并利用这些新的现象研发新的器件或新的功能。这也是我们团队多年来一致坚持的做法。”他相信，通过不断的研究和创新，“四子”这一全新准粒子有望为半导体技术的发展贡献更多的力量。

该研究获国家自然科学基金等国家级项目支持，深圳技术大学为第一完成单位，彰显了学校在半导体基础研究领域的创新实力。

作为国际纳米半导体激光领域开拓者，宁存政教授于2021年全职加入深圳技术大学，担任集成电路与光电芯片学院院长，“来到深圳，就是要依托这里较好的产业链和产学研环境，实现半导体光电子集成的关键突破。”他谈及学院发展时强调，“我们需要培养既懂物理原理，又掌握先进工艺的复合型人才。”

在这一理念推动下，国内首个覆盖设计-材料-外延-加工-封装-应用全链条的光电集成平台将于今年在深技大建成并正式启用。与产业界的深度联动成为突出特色：“我们已与龙头企业开设定制班，每年300多名学生进入企业实习，把产业需求转化为研发方向。”解决产业人才短缺和技术瓶颈的制约，为高水平技术大学在光电融合集成方面的科研和人才培养探索新途径。

论文信息：Tang, J., Ning, C., Sun, H. et al. The quadruplon in a monolayer semiconductor. eLight 5, 3 (2025).https://doi.org/10.1186/s43593-025-00081-1

本研究获以下项目支持

国家自然科学基金（91750206、61861136006）；深圳高新区发展专项计划创新平台建设项目(29853M-KCJ-2023-002-01）；广东省高校工程技术中心（2023GCZX005）；广东省重点建设学科科研能力提升项目（2022ZDJS111）；深圳技术大学高精尖缺人才科研基金（GDRC202301）；化合物半导体器件及芯片广东省工程研究中心; 清华大学自主科研计划项目

▲图1：关键结果与理论阐释

a. 器件结构：单层二碲化钼（MoTe2）夹于两层氮化硼（BN）之间，顶部通过石墨烯薄层与二碲化钼形成电接触；

b. 能级示意图：泵浦光激发电子形成双体（2B）态（如激子），探测光吸收使系统从两体（2B）态跃迁至四体（4B）态。四体态可能包含双激子及四子等不同量子态；

c. 光谱对比：红色-黄色等高线图（上部）为连续波吸收光谱，白色虚线标出了激子（X）与三子（T）的光谱位置。电中性栅压下，激子峰强度最大，三子峰最弱，且激子峰下方无显著特征峰。超快泵浦-探测差分吸收光谱（下部）显示出六个新的特征峰（实线标记），对应理论模型中四阶集团相关的2B→4B跃迁（见图b）