量子扭轉顯微鏡可視材料內電子波

  ICC訊 據最新一期《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(kāi)發(fā)了一種新型掃描探針顯微鏡，即量子扭轉顯微鏡（QTM），它可以創(chuàng )造出新的量子材料，同時(shí)觀(guān)察其電子最基本的量子性質(zhì)。這項研究為量子材料的新型實(shí)驗開(kāi)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象的可視化方式。盡管當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)現的是，在多個(gè)位置直接探測電子的量子力學(xué)存在，并提供對電子系統的關(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。事實(shí)證明，扭轉角度是控制電子行為的最關(guān)鍵參數：僅將其改變十分之一度，就可將材料從奇異的超導體轉變?yōu)榉浅Ｒ幍慕^緣體，但這個(gè)參數在實(shí)驗中也是最難控制的。

  基于獨特的范德華尖端，QTM可創(chuàng )建原始的二維異質(zhì)結，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)連續掃描的扭轉角，這種顯微鏡可沿著(zhù)動(dòng)量空間的一條線(xiàn)探測電子，類(lèi)似于掃描隧道顯微鏡沿著(zhù)真實(shí)空間的一條線(xiàn)探測電子。

  實(shí)驗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(guān)察扭曲的雙層石墨烯的低能帶逐漸平坦化。

  研究人員稱(chēng)，新工具可直接將量子電子波可視化，可觀(guān)察它們在材料內部表演的量子“舞蹈”，其還為科學(xué)家提供一種新“透鏡”來(lái)觀(guān)察和測量量子材料的性質(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)現其中量子現象的新“眼睛”。