量子材料內首次測量電子自旋

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一個國際研究團隊首次成功測量了一類新型量子材料內的電子自旋，這一成就有望徹底改變未來量子材料的研究方式，為量子技術的發展開辟新途徑，并在可再生能源、生物醫學、電子學、量子計算機等諸多領域找到用武之地。相關研究論文已刊發于最新一期《自然·物理學》雜志。

左邊是實驗結果，中間和右邊是理論建模。紅色和藍色表示電子的速度。

圖片來源：意大利博洛尼亞大學

電子自旋是電子的基本性質之一，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，通過先進的實驗技術，利用粒子加速器同步加速器產生的光，并借助于對物質行為建模的現代技術，首次成功測量了一種新型的、頗具潛力的拓撲量子“籠目”(kagome)材料內電子的自旋，這也是科學家首次測量與拓撲概念相關的電子自旋。“籠目”指一種傳統的編織竹紋，意指編織的孔眼圖案。

意大利博洛尼亞大學梅尼科·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撲性質。同樣，電子在材料中的行為也受到某些量子性質的影響，這些量子性質決定了電子在物質內的自旋。

盡管很多年前科學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電子的這種“拓撲自旋”。在最新研究中，為測量“籠目材料”內電子的自旋，研究人員利用了被稱為“圓二色性”的特殊效應，這是一種只能與同步加速器光源一起使用的特殊實驗技術，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大的超級計算機，實現了復雜的量子模擬，實驗團隊則據此實現了測量。

“籠目材料”相關研究結果有助人們更多地了解此類材料特殊的磁性、拓撲性和超導性質，為量子材料和量子力學研究開辟新道路。

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