延世大学与首尔大学联合研究团队首次直接测量固体中电子的量子距离

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By Global Team

延世大学的金根洙教授和首尔大学的梁范精教授的联合研究团队首次成功地直接测量了固体物质中电子的量子距离。研究结果于6月6日(当地时间6月5日下午2点)发表于国际期刊《科学》(Science)。

量子距离是在微观世界中以数值表达粒子间量子状态相似性的物理量。当两个粒子完全相同时,该值接近0,而完全不同时,该值接近1。量子距离测量在量子计算、量子传感等量子技术领域中用于验证计算精度和状态追踪。

量子距离测量概念图 (图片提供: 延世大学金根洙教授)
量子距离测量概念图 (图片提供: 延世大学金根洙教授)

迄今为止,固体中电子的量子距离要么是理论计算得出的,要么是间接测量的。此次研究首次实现了直接测量量子距离,区别于以往的研究。

联合研究团队以结构简单的黑磷为研究对象。首尔大学的梁教授团队理论揭示了黑磷的电子量子距离由电子波的相位差决定。延世大学的金教授团队通过角分辨光电子能谱(ARPES)实验测量了电子波之间的相位差,并基于此计算出了量子距离。

角分辨光电子能谱是一种通过向物质发射光以分析飞出电子的能量和动量的实验技术。研究组利用此技术和偏振光,确认了由于电子之间相位差而出现的信号强度差异,从而精确提取了量子距离。

从左到右) 延世大学金根洙教授(通讯作者),首尔大学梁范精教授(通讯作者),首尔大学金善济博士生(第一作者),延世大学郑允雅博士(第一作者),首尔大学魏廷奎安博士后研究员(第一作者)。
从左到右) 延世大学金根洙教授(通讯作者),首尔大学梁范精教授(通讯作者),首尔大学金善济博士生(第一作者),延世大学郑允雅博士(第一作者),首尔大学魏廷奎安博士后研究员(第一作者)。

此次研究是结合了约十年前由梁教授团队开发的理论和金教授团队进行的实验而完成的。两队在过去也曾在《科学》、《自然》、《自然物理学》等期刊发表过相关研究成果。

该研究由科学技术信息通信部的基础研究项目和领先研究中心支持。论文题目为《Direct measurement of the quantum metric tensor in solids》。

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