科学家首次描绘出电子的形状

作者:majer来源:煎蛋发布时间:2019-06-09

这又允许科学家计算量子点内电子波函数的形状,甚至精确到纳米级,乃至更小。

中学的物理教材上都会配有原子结构的模型图,类似于太阳系,中心是原子核,外面一圈圈轨道上排布着电子。但是你或许听说过,电子并非是微小的球体。

科学家首次描绘出电子的形状

据我们所知,电子本身实际上并不具有“形状”——相反,它们要么表现为点状粒子,要么表现为波,因能量的变化改变形态。现在,物理学家第一次揭示出了人造原子中单个电子的形态信息。

实验用到了纳米尺度上的量子点显示技术。你可能听说过量子点电视,比如QLED电视,但除了用来收看《权力的游戏》大结局之外,该技术在科学上还有更重要的应用。

量子点被称为半导体中的人造原子,因为它们能够捕获电子并限制它们在三维空间中的运动,用电场将它们固定在适当的位置。被捕获电子的行为像与原子结合时一样。

借助分光镜,研究人员能够确定量子点中电子的能级,观察它们在不同强度和方向的磁场中的表现。

反过来,这又允许科学家计算量子点内电子波函数的形状,甚至精确到纳米级,乃至更小。

“简而言之,我们用这种方法首次描绘出电子的样子,”巴塞尔大学的物理学家Daniel Loss说。

但这还不是全部。通过调节电场,他们能够改变电子的运动轨迹,以高度针对性和精确的方式控制它们的自旋。

这对未来的研究和技术具有重大意义。它可能在研究量子纠缠的领域中发挥作用,因为成功纠缠需要两个电子的波函数沿同一平面取向。能够控制电子波函数的形状可能是非常有价值的工作。

至于技术,电子的自旋速率是用作量子比特的候选者,量子比特是量子计算机中最小的信息单位,但只在量子自旋是可控的情况下才有用。

由于自旋部分地取决于电子的几何形状,因此这是实现控制的一种可能方法。

研究的人员的两篇论文分别发表在Physical Review Letters 和Physical Review B。


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