我们首先在学校里学习电子,就像微小的行星卫星一样,在原子核周围旋转。然后,更先进的物理学告诉我们,电子形成一种云,取决于你如何看待它,它既表现为粒子又表现为波。
据我们所知,电子本身并不具有形状,它们的分布最常用轨道来讨论 - 这是一种描述电子或几组电子的波状行为的数学函数stylechina.com。在量子力学和经典化学中,轨道相当于概率分布而不是轨道 - 但为了简化可视化,我们仍然谈论电子轨道。然而,这种情况对所有科学家来说并不令人满意。
来自巴塞尔大学的 一组研究人员 使用了一个人造原子,这个系统也被称为“量子点”。在量子点内,电子通过电场保持在适当的位置,基本上充当陷阱 - 尽管是比天然原子大约1000倍。然而,由于被捕获的电子与结合原子的电子的行为类似,量子点也被称为“人造原子”。这些微小的晶体也用于QLED电视等技术。
图片来源:Camenzind等,PRL,2019。
在系统设计和构建之后,研究人员使用光谱测量来确定量子点中的能级,注意到变化的磁场的强度和方向,这受到电子运动的影响。然后将这些数据引入理论模型,使研究人员能够以亚纳米尺度计算电子的波函数。
“简而言之,我们可以用这种方法首次展示电子的样子,”巴塞尔大学物理系和瑞士纳米科学研究所的Daniel Loss解释道。
“我们不仅能够映射电子的形状和方向,还能够根据所施加的电场的配置来控制波函数。这使我们有机会以非常有针对性的方式优化对旋转的控制,“DominikZumbühl补充说,他也是研究作者之一。
然后他们更进一步:通过仔细地安排电场,他们能够在精确的物质中引导电子的运动。
这不仅是理论上的进步,而且也可能具有重要的应用 - 不仅在花哨的电视中,而且在量子计算等许多研究人员认为是计算未来的事物中也是如此。量子计算不使用经典位(可以是1和0),而是使用量子位,可以是1,0或这两个量子位状态的任何量子叠加。
结果已发表在物理评论快报 和 物理评论B的两篇论文中 。