在量子科學(xué)和固態(tài)化學(xué)學(xué)的結(jié)合中，俄羅斯國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所(Nist)的研究人員借助磁場將電子群限制在石墨烯(一層致密的碳原子)中的一系列同心圓環(huán)上。
這個分層的“婚禮面包”，出現(xiàn)在圖片中，顯示了電子，實(shí)驗(yàn)否認(rèn)了電子怎樣在一個緊密限制的空間中互相作用，按照常年未經(jīng)測試的量子熱學(xué)規(guī)則。這種發(fā)覺也可以在量子估算中有實(shí)際的應(yīng)用。
石墨烯因?yàn)槠錂C(jī)械硬度、導(dǎo)電能力和纖薄，本質(zhì)上是二維結(jié)構(gòu)，是一種極有前途的新型電子元件材料。出于這種誘因，科學(xué)家們歡迎任何關(guān)于這些神奇材料的新看法。
研究人員將她們的發(fā)覺發(fā)表在8月24日的科學(xué)，開始了她們的實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)造了量子點(diǎn)-充當(dāng)人造原子的小島嶼-在石墨烯設(shè)備冷卻到絕對零度的幾度。
電子圍繞量子點(diǎn)運(yùn)行，類似于那些帶負(fù)電荷的粒子圍繞原子的形式。如同梯子上的階梯一樣，它們只能按照量子理論的規(guī)則搶占特定的基態(tài)。并且當(dāng)研究人員施加磁場時發(fā)生了一些非常的事情，磁場進(jìn)一步限制了圍繞量子點(diǎn)運(yùn)行的電子。當(dāng)外加磁場達(dá)到約1特斯拉(約100倍的典型硬度小棒吸鐵石)時，電子更緊密地集聚在一起，互相作用更強(qiáng)。
因而，電子重新排列成一個新的模式：一個交替的導(dǎo)電和絕緣系列。同心圓環(huán)表面上。當(dāng)研究人員在不同的電子能量水平上記錄同心環(huán)的圖象時，形成的圖象如同婚宴面包，電子能量作為垂直規(guī)格。
圖為掃描隧洞波譜圖象顯示，磁受限電子排列在一個婚宴面包狀的基態(tài)結(jié)構(gòu)，稱為基態(tài)，標(biāo)記為11(導(dǎo)墻)。限制在那些水平上的電子在石墨烯(頂部面板)內(nèi)形成一系列絕緣和導(dǎo)電環(huán)。
掃描隧洞顯微鏡，通過記錄樣品不同區(qū)域之間的電子流動和顯微鏡針尖的超聲波，以原子尺度碼率成像表面，闡明了這些結(jié)構(gòu)。
NIST的科學(xué)家兼專著者約瑟夫·斯特羅西奧說：“這是一個典型的問題-確定電子的空間和磁約束的綜合效應(yīng)是哪些-當(dāng)你第一次接觸量子熱學(xué)時，你會在紙上解決這個問題，但沒有人真正看見這個問題。”“關(guān)鍵是石墨烯是一種真正的二維材料，表面有一片曝露的電子海，”他補(bǔ)充道?！霸谙惹笆褂闷渌牧系膶?shí)驗(yàn)中，量子點(diǎn)被掩埋在材料界面上，所以沒有人就能觀察它們的內(nèi)部以及怎樣基態(tài)當(dāng)施加磁場時發(fā)生變化。“
石墨烯量子點(diǎn)被覺得是一些量子計算機(jī)的基本組成部份。
“由于我們看見這些行為是從大概1特斯拉的中等場開始的，這意味著在考慮個別類型的石墨烯時，必須仔細(xì)考慮那些電子與電子的互相作用。”量子點(diǎn)“關(guān)于量子估算，”研究的專著者克里斯托弗·古鐵雷斯說，他如今加拿大的不列顛波蘭省學(xué)院，他和尼斯托學(xué)院和弗吉尼亞學(xué)院的費(fèi)列斯特·加哈里和丹尼爾·沃克普合作在nist完成了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)工作。
這一成就也為石墨烯提供了充當(dāng)“相對論量子模擬器”的可能性。相對論描述了物體在光速或接近光速時的行為。石墨烯中的電子具有一種不尋常的性質(zhì)-它們的運(yùn)動就好象它們是無質(zhì)量的，如同光的粒子一樣。其實(shí)石墨烯中的電子實(shí)際上比光速慢得多，但它們的無質(zhì)量光行為它們博得了“相對論性”物質(zhì)的外號。這項(xiàng)新的研究打開了一扇門，創(chuàng)造了一個桌面實(shí)驗(yàn)來研究強(qiáng)烈受限的相對論性物質(zhì)。
這種檢測結(jié)果表明，科學(xué)家們可能很快還會發(fā)覺，在高溫下量子物理學(xué)在線播放，因?yàn)殡娮优c固態(tài)物質(zhì)的互相作用而形成的更奇特的結(jié)構(gòu)。
還有科學(xué)家通過石墨烯片來了解黑洞
化學(xué)學(xué)家從理論上證明，通過將磁場施加到形狀不規(guī)則的小石墨烯片上，薄片就弄成了黑洞的量子全息圖。這意味著石墨烯片重建了黑洞的空間結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)特點(diǎn)，并且在一個更小、更低維的系統(tǒng)中。
化學(xué)學(xué)家Chen和來自美國、以色列、英國和法國的機(jī)構(gòu)的專著者發(fā)表了一篇關(guān)于石墨烯近來一期的量子全息圖化學(xué)評論信.
不列顛波蘭省學(xué)院的數(shù)學(xué)學(xué)院士Franz告訴我們：“我們證明了一種相當(dāng)普遍且經(jīng)過悉心研究的材料-石墨烯-在個別條件下可以新穎而令人激動的形式表現(xiàn)下來。”。“具體來說量子物理學(xué)在線播放，納米級石墨烯塊狀不規(guī)則邊界中的電子，以及應(yīng)用中的電子。磁場可以實(shí)現(xiàn)所謂的-ye-(SYK)模型."
正如數(shù)學(xué)學(xué)家所解釋的，SYK模型說明了一種“全息排比，“其中高維系統(tǒng)(這兒，(1+1)維時空中的黑洞)可以用一個低維系統(tǒng)(這兒是石墨烯中的電子，搶占(0+1)維時空)來表示。
SYK模型說明的全息二元性的類型非常有趣，由于它顯示了黑洞，如非零剩余熵和量子混沌傳播。它也可以幫助回答量子熱學(xué)和引力之間聯(lián)系的基本問題。
“今天化學(xué)學(xué)家對SYK模型十分感興趣，由于它被覺得包含了量子黑洞的全息描述，”Franz說。“現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)中一些最神秘的奧秘在于愛因斯坦的廣義相對論(一種描述時空、引力和黑洞的理論)和量子熱學(xué)(描述微觀現(xiàn)象、電子、原子等的理論)之間的交匯點(diǎn)。為此，更好地理解SYK模型可以揭示那些基本問題。“
與其他被提議拿來演示SYK模型的系統(tǒng)不同，石墨烯的新量子相不須要任何先進(jìn)的制造技術(shù)，應(yīng)當(dāng)可以使用現(xiàn)有的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。主要要求石墨烯片具有高度不規(guī)則的邊界和干凈的內(nèi)部，因而電子波函數(shù)具有隨機(jī)性?？臻g結(jié)構(gòu)，這為實(shí)現(xiàn)黑洞全息圖提供了必要條件。
弗蘭茲說：“我們目前正旨在于了解石墨烯片在SYK體系中的傳輸特點(diǎn)?！薄案鼜V泛地說，我們希望我們的理論結(jié)果將激勵實(shí)驗(yàn)者研究形成SYK化學(xué)所需類型的石墨烯薄片，我們打算為任何這樣的努力提供理論支持?！?span style="display:none">8d2物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))