在半金属中发现的量子“龙卷风”可能重新定义电子学

德国的物理学家领导的实验表明，电子的惯性可以形成 '龙卷风' 在量子半金属内部。

电子几乎不可能静止不动，它们的运动会发生一些奇异的形式.举个例子：对量子材料中电子行为的分析，称为砷化钽显示漩涡。

但故事变得更奇怪了。这些电子不是在物理位置螺旋式上升的——它们是在称为动量空间的可能性量子模糊中旋转的。动量空间不是绘制粒子潜在位置或位置空间的地图，而是通过其能量和方向描述它们的运动。

类似的涡流具有以前观察到在位置空间中。测量电子动量的值并将其绘制在三维图上，那里也出现了一个引人注目的涡旋图案。

这一发现可能有助于为一种全新的电子形式铺平道路：一个名为 '轨道机械' 可以利用电子的扭曲能力而不是电荷在电子电路中传输信息，或者量子计算机.

这一发现是在一种名为砷化钽的有趣半金属晶体中发现的。在某种程度上，这并不奇怪——正是在这种材料中，人们长期预测外尔费米子是第一次被发现的。这种无质量粒子本质上的作用类似于超高效电子，它的发现需要砷化钽的特殊量子特性。

这些特性使该材料成为狩猎的完美选择量子龙卷风.问题在于弄清楚如何观察它们。

德国一家名为量子物质复杂性和拓扑学 （ct.qmat） 的研究中心的科学家领导了一项研究，该研究使用一种称为角度分辨光电子发射光谱 （ARPES） 的技术对砷化钽样品进行了研究。

“ARPES 是实验固态物理学的基本工具。它包括将光照射在材料样品上，提取电子，并测量它们的能量和出射角。Maximilian Ünzelmann 说，维尔茨堡大学实验物理学家。

“这使我们能够直接了解材料在动量空间中的电子结构。通过巧妙地采用这种方法，我们能够测量轨道角动量。

然而，每次观察都只拍摄材料中电子的二维快照。为了确认量子龙卷风是在这个领域形成的，该团队必须将每个测量值堆叠成一个 3D 模型，就像 CT 扫描一样。最终结果是一个彩色模型，显示出非常清晰的涡流结构。

“我们逐层分析样本，类似于医学断层扫描的工作原理，”Ünzelmann 说.“通过将单个图像拼接在一起，我们能够重建轨道角动量的三维结构，并确认电子在动量空间中形成漩涡。”

该团队表示，进一步的工作不仅可以带来更高效的电子设备，还可以带来一类称为轨道飞行装置的全新设备。这也可以与电子技术的另一个潜在继任者一起工作——自旋电子学，它将电子自旋.

该研究发表在杂志上物理评论 X.

宝宝起名 起名