氧化亚铜中的里德伯激子：一个具有经典混沌的双粒子系统

当半导体中的电子被激发到导带时，缺失的电子可被视为一个带正电的粒子，即空穴。由于库仑相互作用，电子和空穴可以形成类似氢原子的束缚态，称为激子。对于氧化亚铜，Kazimierczuk 等人 [Nature 514, 343 (2014)] 观察到了高达高主量子数的里德伯系列，激子尺寸扩展到了 $\mu$m 量级。在这一区域，对应原理应当成立，量子力学将转变为经典动力学。由于 Cu$_2$O 复杂的价带结构，其经典动力学偏离了纯类氢行为。氧化亚铜的最上层价带分裂为多个能带，形成黄色和绿色激子系列。由于该系统不具备球对称性，角动量不守恒。因此，经典动力学变得不可积，从而导致混沌运动的可能性。本文研究了氧化亚铜中黄色和绿色激子系列在对称平面内的二维轨道以及完全三维轨道的经典动力学。分析揭示了黄色和绿色激子系列动力学之间的显著差异。对于黄色激子系列，其动力学大部分是规则的；而对于绿色激子系列，相空间中存在大范围的经典混沌区域。