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研究首次探索电子是什么形状

时间:2019-05-29来源:未知浏览次数:

在教科书中我们经常看到原子、质子、中子、电子等各种微观粒子的示意图,虽然个个都用圆形来代表,其实它们不大可能真的是球形。

科学家们认为电子其实没有固定的形状,或者是带尖角的粒子,或者其形状随着其能量水平而变化,即是一个波形函数才能表达的概念。现在,一组物理学家利用“量子点”(quantum dot)技术首次揭示了单个电子的形状。

“量子点”是纳米级别大小的半导体晶体。新一代电视机就有量子点电视(QLED),但是量子点技术的用途远不止在这方面。

量子点也被当作“人造原子”,因为它能把电子固定在其中,用电场控制电子所在的位置。处于量子点中的电子类似被绑定在原子中的情况,因此量子点被称为“人造原子”,不过其内部空间是自然界原子的一千倍大。

利用分光镜,研究者们能够测到量子点内的能量水平,观察在不同强度和方向的磁场下电子的情况,由此计算出电子在量子点内形状的波形函数。

“简单来说,我们用这个方法首次展示了电子的样子。”研究者之一巴塞尔大学(University of Basel)的物理学家Daniel Loss说。

电子形状、转向的可控性

这份研究并未止步于此。研究者们还能够通过改变电场准确控制电子的形状、旋转的方向。

研究者们表示,对电子转向的控制在量子纠缠研究中有重要意义,因为成功的量子纠缠需要两个电子处在同一平面内。

而且,电子的转速也是量子计算机量子比特的一个重要考量因素。只有电子转速可控,才可将其作为量子计算机的最小信息单位——量子比特。

由于电子的转速部分取决于电子的形状,因此这份研究为实现这一目标提供了潜在途径。

这份研究在《物理评论快报》(Physical Review Letters)和《物理评论》(Physical Review B)B刊上都发表了。