科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣

瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種新方法，可在無(wú)外部時(shí)鐘的情況下，精確測(cè)量量子躍遷的持續(xù)時(shí)間。研究顯示，材料的原子結(jié)構(gòu)對(duì)量子躍遷速度具有顯著影響，結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單、對(duì)稱性越低，躍遷越慢。相關(guān)成果發(fā)表在新一期《牛頓》期刊上。

量子事件，例如隧穿效應(yīng)，或者電子通過(guò)吸收光子而改變自身狀態(tài)的過(guò)程，發(fā)生的速度之快令人難以想象。有些過(guò)程僅持續(xù)幾十阿秒，光線在這么短的時(shí)間內(nèi)甚至都來(lái)不及穿過(guò)一顆小病毒。

盡管2023年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?wù)故玖税⒚牍饷}沖技術(shù)，科學(xué)家由此能夠揭示極短時(shí)間過(guò)程，但這種方法仍依賴外部時(shí)鐘，在測(cè)量時(shí)可能會(huì)干擾電子的真實(shí)行為，從而產(chǎn)生誤導(dǎo)信息。

團(tuán)隊(duì)此次用量子干涉的方法解決了這個(gè)問(wèn)題。他們采用了“自旋角分辨光電子能譜”技術(shù)，通過(guò)強(qiáng)光激發(fā)材料中的電子，使電子躍遷到能量更高的狀態(tài)。同時(shí)，他們測(cè)量了電子的能量、方向和自旋。

團(tuán)隊(duì)測(cè)試了原子尺度上具有不同“形狀”的材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在層狀材料二硒化鈦和二碲化鈦中，量子躍遷時(shí)間明顯延長(zhǎng)至140—175阿秒。而在鏈狀結(jié)構(gòu)的碲化銅中，躍遷時(shí)間超過(guò)200阿秒。這表明，材料的原子尺度“形狀”對(duì)量子事件的速度有顯著影響，低對(duì)稱性結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致更長(zhǎng)的躍遷時(shí)間。

這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了光電子發(fā)射時(shí)間延遲的規(guī)律，為理解量子躍遷是否可視為瞬時(shí)提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，也為物理學(xué)家探索量子過(guò)程時(shí)間行為和復(fù)雜材料中電子相互作用提供了新工具，有助于未來(lái)開(kāi)發(fā)能夠精確控制量子態(tài)的材料和技術(shù)。