量子扭轉(zhuǎn)顯微鏡可視材料內(nèi)電子波

  ICC訊 據(jù)最新一期《自然》雜志發(fā)表的研究，以色列魏茨曼科學(xué)研究所的研究人員開發(fā)了一種新型掃描探針顯微鏡，即量子扭轉(zhuǎn)顯微鏡（QTM），它可以創(chuàng)造出新的量子材料，同時(shí)觀察其電子最基本的量子性質(zhì)。這項(xiàng)研究為量子材料的新型實(shí)驗(yàn)開辟了道路。

  大約40年前，掃描探針顯微鏡的發(fā)明徹底改變了電子現(xiàn)象的可視化方式。盡管當(dāng)今的探針可在空間的單個(gè)位置獲取各種電子特性，但迄今為止掃描顯微鏡無(wú)法實(shí)現(xiàn)的是，在多個(gè)位置直接探測(cè)電子的量子力學(xué)存在，并提供對(duì)電子系統(tǒng)的關(guān)鍵量子特性的直接存取。

  QTM原理涉及兩層原子般薄的材料相互“扭曲”或旋轉(zhuǎn)。事實(shí)證明，扭轉(zhuǎn)角度是控制電子行為的最關(guān)鍵參數(shù)：僅將其改變十分之一度，就可將材料從奇異的超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)榉浅Ｒ?guī)的絕緣體，但這個(gè)參數(shù)在實(shí)驗(yàn)中也是最難控制的。

  基于獨(dú)特的范德華尖端，QTM可創(chuàng)建原始的二維異質(zhì)結(jié)，這為電子隧穿進(jìn)入樣品提供了大量相干干涉路徑。由于在針尖和樣品之間增加了一個(gè)連續(xù)掃描的扭轉(zhuǎn)角，這種顯微鏡可沿著動(dòng)量空間的一條線探測(cè)電子，類似于掃描隧道顯微鏡沿著真實(shí)空間的一條線探測(cè)電子。

  實(shí)驗(yàn)演示證明了針尖的室溫量子相干性，研究人員還施加了較大的局域壓力，觀察扭曲的雙層石墨烯的低能帶逐漸平坦化。

  研究人員稱，新工具可直接將量子電子波可視化，可觀察它們?cè)诓牧蟽?nèi)部表演的量子“舞蹈”，其還為科學(xué)家提供一種新“透鏡”來(lái)觀察和測(cè)量量子材料的性質(zhì)。

  如此深入地窺探量子世界，可幫助揭示關(guān)于自然的基本真相。未來(lái)，QTM將為研究人員提供前所未有的新量子界面光譜，以及發(fā)現(xiàn)其中量子現(xiàn)象的新“眼睛”。