澳大利亚,新南威尔士州
测量凝聚态系统中量子几何特性的方法
美国麻省理工学院的物理学家的研究团队首次在量子水平上测量了固体中电子的几何形状。虽然科学家们早就知道如何测量晶体材料中电子的能量和速度，但直到现在，这些系统的量子几何形状只停留在理论的推断上，有时甚至根本无法推断。
这项最新的研究成果在不久前发表《自然物理》杂志上。这一成果为理解和操纵材料的量子特性开辟了新的途径。麻省理工学院材料研究实验室和电子研究实验室的研究小组基本上已经为获取一些以前无法获取的全新信息制定了蓝图。
这项工作可以应用于“任何类型的量子材料，而不仅仅是他们所研究的材料。
一个神奇的世界
在量子物理学的奇妙世界里，电子既可以被描述为空间中的点，也可以被描述为波状形状。当前工作的核心是一个被称为波函数的基本对象，可以把它想象成一个三维空间中的表面。
有不同类型的波函数，从简单的到复杂的。想象一个球。这类似于一个简单的或微不足道的波函数。现在想象一个莫比乌斯带，这种结构由M.C.埃舍尔在他的“科学艺术”中探索。这类似于复杂或非平凡的波函数。量子世界充满了由后者组成的材料。
但直到现在，波函数的量子几何学只能在理论上推断，有时甚至根本无法推断。随着物理学家发现越来越多的量子材料，这些材料在从量子计算机到先进电子和磁性设备等各种领域都有潜在应用，这一性质变得越来越重要。
自旋分辨的CD-ARPES装置示意图
麻省理工学院的研究团队使用了一种名为角分辨光电子能谱，或称ARPES的技术解决了这个问题。他们也曾在其他研究中使用过这种技术。例如，在2022年，他们报告发现了“秘密酱汁”隐藏在一种被称为“Kagome金属”的新型量子材料的奇异特性背后。这项研究当时也发表在在《自然物理学》期刊上。
在目前的研究中，该团队采用了ARPES来测量卡戈梅金属的量子几何形状。
研究人员强调，这一测量材料量子几何的新能力“来自理论家和实验家的密切合作。”
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