科学家探测到量子度规

  参考消息网2月20日报道 据美国《科学日报》网站2月1日报道，科学家发现隐藏的几何结构，可像引力一样弯曲电子。

  信息为何能以惊人的速度传输？电流又如何实现无损耗流动？对这些问题的解答推动着科学家与科技企业投身量子材料的研究。量子材料的特性由微观尺度下的物理规律所支配，该领域至今仍存在诸多未解之谜。

  如今，瑞士日内瓦大学、意大利萨莱诺大学以及意大利超导体、氧化物和其他创新材料与器件研究所的研究人员合作，取得了一项重大突破。他们在量子材料内部发现了一种此前从未观测到的几何结构特征，该特征能够改变电子的运动方式，其原理与引力使光线发生弯曲颇为相似。这项发表在美国《科学》周刊上的研究成果为下一代量子电子学开辟了新的发展前景。

  现代技术依赖于性能卓越的材料，其中许多材料的优异特性都源于量子物理。这一领域聚焦微观尺度下的物质，在该尺度中，粒子会以出人意料的方式运动。在过去一个世纪里，针对原子、电子和光子的研究催生了晶体管的发明，也奠定了当今计算机的发展基础。

  即便到现在，科学家仍在不断揭示挑战现有理论的量子效应。近期的研究表明，当大量粒子在特定材料内部相互作用时，就会形成一种内部的几何结构。这种结构能够改变电子的运动轨迹，与爱因斯坦引力理论中描述的光线弯曲现象极为相似。

  这种内部结构被称为量子度规。它描述了电子穿行其中的量子空间的曲率，并且影响着材料的诸多微观特性。尽管量子度规至关重要，但通过实验证实其存在却极为困难。

  日内瓦大学理学院量子物质物理系主任安德烈亚·卡维利亚说：“量子度规的概念可追溯至约20年前，但在很长一段时间里，它纯粹被视为一种理论构想。直到近几年，科学家才开始探究它对物质性质产生的切实效应。”

  在这项新研究中，由日内瓦大学领衔的研究团队在钛酸锶与铝酸镧这两种氧化物材料的界面处探测到了量子度规。这个界面早已是研究量子行为的重要平台。

  该研究第一作者、日内瓦大学理学院量子物质物理系研究员贾科莫·萨拉解释说：“通过观察在量子度规与施加于固体的强磁场共同作用下，电子轨迹如何发生畸变，我们就能揭示其存在。”

  能够观测到这一效应使科学家可以更精确地测量材料的光学、电子及传输特性。

  卡维利亚总结道：“这些发现为在广泛材料中探索并利用量子几何结构开辟了新路径，具有重大意义。”（编译/王笛青）