科学家在量子领域取得了重大突破，一项新研究揭示了电子在固体中运动的几何形状。
这一开创性的发现由麻省理工学院（MIT）和康奈尔大学以及首尔国立大学的物理学家共同完成。物理学家们首次成功测量了电子在固体内部运动时形成的几何结构，为理解晶体固体在量子层面的行为提供了全新的视角。
MIT的物理学家里卡多·科明（Riccardo Comin）表示：“我们已经建立了一种全新的方法，可以获取之前无法触及的信息，这对我们来说是一个巨大的飞跃。”
研究由物理学家Mingu Kang（曾在MIT工作，现为康奈尔大学成员）和首尔国立大学的Sunjie Kim领导。他们通过一种称为角度分辨光谱学的技术，发射光子到材料上，驱逐出电子并测量其性质，如极化、自旋和角度，从而成功测量了量子几何张量（QGT）。QGT是一个物理量，编码了量子态的整个几何信息。
在经典物理学中，物质的行为方式已经被很好地描述，但在粒子相互作用和测量方法的基本层面上，事情却变得异常复杂。在极微小的尺度上，电子的性质和行为更准确地描述为其波状的量子性质，而非传统意义上的粒子。
为了描述电子的波动特性，物理学家引入了波函数，这是一个数学模型，描述了在不同位置找到具有特定特征的粒子的可能性的不断发展。这些特征可以被视为一种几何形状，通常与旋转的曲线或球体相似，但也可能像克莱因瓶或莫比乌斯带一样复杂。
研究人员选择了一种被称为“kagome”金属的钴锡合金单晶作为实验材料，这种量子材料之前已被该团队使用相同的技术进行过研究。他们通过测量QGT，首次在固体中推断出电子的量子几何形状，并与相同材料的理论推导量子几何进行了比较，验证了估计几何形状的有效性。
这项技术的突破不仅限于钴锡合金，研究团队表示，它同样适用于广泛的材料。这一发现具有深远的意义，例如，量子几何可以用来探索通常不存在的超导性材料。
“量子力学的几何解释是凝聚态物理学许多最新进展的基础。”一位专家评价道，“这些作者开创的实验方法能够访问量子几何张量，从根本上表征了量子态的几何特性。所开发的方法简单且适用于各种固态材料，对探索新量子现象的几何理解具有巨大潜力，有望推动实验活动的进一步发展。”
该研究已在《自然物理学》杂志上发表。
如果您对科技新知感兴趣，敬请关注“知新了了”！
