量子材料内首次测量电子自旋

访问次数:155  发表时间:2023-06-13

左边是实验结果,中间和右边是理论建模。红色和蓝色表示电子的速度。
图片来源:意大利博洛尼亚大学

一个国际研究团队首次成功测量了一类新型量子材料内的电子自旋,这一成就有望彻底改变未来量子材料的研究方式,为量子技术的发展开辟新途径,并在可再生能源、生物医学、电子学、量子计算机等诸多领域找到用武之地。相关研究论文已刊发于最新一期《自然·物理学》杂志。

电子自旋是电子的基本性质之一,指电子在空间移动的曲率。在最新研究中,来自意大利、德国、英国和美国的研究人员,通过先进的实验技术,利用粒子加速器同步加速器产生的光,并借助于对物质行为建模的现代技术,首次成功测量了一种新型的、颇具潜力的拓扑量子“笼目”(kagome)材料内电子的自旋,这也是科学家首次测量与拓扑概念相关的电子自旋。“笼目”指一种传统的编织竹纹,意指编织的孔眼图案。

意大利博洛尼亚大学梅尼科·迪桑特解释说,以足球和甜甜圈为例,这两个物体形状不同,决定其拥有不同的拓扑性质。同样,电子在材料中的行为也受到某些量子性质的影响,这些量子性质决定了电子在物质内的自旋。

尽管很多年前科学家们就知道了电子存在自旋,但迄今还没有人能够直接测量量子材料内电子的这种“拓扑自旋”。在最新研究中,为测量“笼目材料”内电子的自旋,研究人员利用了被称为“圆二色性”的特殊效应,这是一种只能与同步加速器光源一起使用的特殊实验技术,利用了材料基于不同偏振吸收不同光的能力。理论研究人员使用强大的超级计算机,实现了复杂的量子模拟,实验团队则据此实现了测量。

“笼目材料”相关研究结果有助人们更多地了解此类材料特殊的磁性、拓扑性和超导性质,为量子材料和量子力学研究开辟新道路。

科技日报北京612日电 (记者刘霞)

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