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量子材料內(nèi)首次測量電子自旋


【資料圖】

一個國際研究團(tuán)隊(duì)首次成功測量了一類新型量子材料內(nèi)的電子自旋,這一成就有望徹底改變未來量子材料的研究方式,為量子技術(shù)的發(fā)展開辟新途徑,并在可再生能源、生物醫(yī)學(xué)、電子學(xué)、量子計(jì)算機(jī)等諸多領(lǐng)域找到用武之地。相關(guān)研究論文已刊發(fā)于最新一期《自然·物理學(xué)》雜志。

左邊是實(shí)驗(yàn)結(jié)果,中間和右邊是理論建模。紅色和藍(lán)色表示電子的速度。

圖片來源:意大利博洛尼亞大學(xué)

電子自旋是電子的基本性質(zhì)之一,指電子在空間移動的曲率。在最新研究中,來自意大利、德國、英國和美國的研究人員,通過先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù),利用粒子加速器同步加速器產(chǎn)生的光,并借助于對物質(zhì)行為建模的現(xiàn)代技術(shù),首次成功測量了一種新型的、頗具潛力的拓?fù)淞孔印盎\目”(kagome)材料內(nèi)電子的自旋,這也是科學(xué)家首次測量與拓?fù)涓拍钕嚓P(guān)的電子自旋。“籠目”指一種傳統(tǒng)的編織竹紋,意指編織的孔眼圖案。

意大利博洛尼亞大學(xué)梅尼科·迪桑特解釋說,以足球和甜甜圈為例,這兩個物體形狀不同,決定其擁有不同的拓?fù)湫再|(zhì)。同樣,電子在材料中的行為也受到某些量子性質(zhì)的影響,這些量子性質(zhì)決定了電子在物質(zhì)內(nèi)的自旋。

盡管很多年前科學(xué)家們就知道了電子存在自旋,但迄今還沒有人能夠直接測量量子材料內(nèi)電子的這種“拓?fù)渥孕薄T谧钚卵芯恐校瑸闇y量“籠目材料”內(nèi)電子的自旋,研究人員利用了被稱為“圓二色性”的特殊效應(yīng),這是一種只能與同步加速器光源一起使用的特殊實(shí)驗(yàn)技術(shù),利用了材料基于不同偏振吸收不同光的能力。理論研究人員使用強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī),實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的量子模擬,實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)則據(jù)此實(shí)現(xiàn)了測量。

“籠目材料”相關(guān)研究結(jié)果有助人們更多地了解此類材料特殊的磁性、拓?fù)湫院统瑢?dǎo)性質(zhì),為量子材料和量子力學(xué)研究開辟新道路。

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