MIT科學家首次測量電子量子幾何，為量子材料應用提供新視角。
麻省理工學院的物理學家與合作團隊首次在量子層面測量了固體中電子的幾何形狀。科學界早已掌握測量晶體材料中電子能量和速度的方法，但直到現在，量子幾何只能通過理論推測，甚至有時無法推斷。
這項研究發表於11月底的《自然物理》期刊。團隊負責人、麻省理工學院1947屆職業發展物理學副教授Riccardo Comin表示，這項成果「為理解和操控材料的量子特性開闢了新途徑。」
「我們實際上制定了一個藍圖，獲取了以前無法獲得的全新信息，」Comin說道。他同時隸屬於麻省理工材料研究實驗室和電子研究實驗室。
研究的應用範圍不限於特定的量子材料。據論文第一作者、康奈爾大學原子與固體物理實驗室Kavli博士後研究員Mingu Kang介紹，該方法可應用於「任何類型的量子材料」。Kang於2023年在麻省理工獲得博士學位，此項研究完成於他的研究生階段。
此外，Kang還為《自然物理》撰寫了相關研究簡報，討論該研究及其影響。
一個奇異的世界
在量子物理的奇異世界中，電子既可以是空間中的一個點，也可以表現為波狀形態。本研究的核心是一種稱為波函數的基本對象，描述了電子的波狀形態。Comin解釋說：「你可以將其視為三維空間中的一個表面。」
波函數有簡單和複雜之分。例如，一個球體類似於簡單的波函數，而埃舍爾(M.C. Escher)作品中常見的莫比烏斯環則更接近複雜的非平凡波函數。量子世界中，許多材料正是由後者構成的。
但此前，波函數的量子幾何只能通過理論推測，甚至無法得知。而隨着越來越多具備應用潛力的量子材料被發現，從量子計算機到先進電子與磁性設備，其量子幾何屬性也愈發重要。
麻省理工團隊藉助角分辨光電子能譜(ARPES)技術解決了這一問題。Comin、Kang及其部分同事此前也使用這一技術開展研究。例如，他們於2022年發現了一種被稱為「kagome金屬」的新型量子材料的「關鍵奧秘」，該研究同樣發表在《自然物理》期刊上。
在這項新研究中，團隊改進了ARPES技術，測量了kagome金屬的量子幾何。
Kang強調，這種量子幾何測量能力的實現「得益於理論家和實驗家的緊密合作。」
（示意圖）
