Исследовательская группа под руководством профессора Сунь Цин-Фэна в сотрудничестве с профессором Хэ Линем из Пекинского педагогического университета достигла значительного прорыва в области квантовой физики. Ученым впервые удалось добиться гибридизации орбиталей в искусственных атомах на основе графена. Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале Nature под названием "Orbital hybridization in graphene-based artificial atoms".
Квантовые точки, часто называемые искусственными атомами, уже давно используются для имитации атомных орбиталей. Предыдущие исследования успешно продемонстрировали возможность создания искусственных связывающих и антисвязывающих состояний. Однако до настоящего времени не удавалось использовать квантовые точки для моделирования гибридизации орбиталей — фундаментального процесса, происходящего в реальных атомах. Кроме того, оставался открытым вопрос о влиянии анизотропного ограничения на процесс гибридизации в квантовых точках.
Исследовательская группа разработала теоретическую основу и экспериментальный подход для решения этой проблемы. Ученые предположили, что анизотропные потенциалы могут индуцировать гибридизацию между различными орбитальными состояниями, в частности, между s-орбиталью (с орбитальным квантовым числом 0) и d-орбиталью (с орбитальным квантовым числом 2). Для проверки этой гипотезы исследователи деформировали круговой потенциал графеновых квантовых точек в эллиптический.
Результаты эксперимента превзошли ожидания. Ученым удалось успешно индуцировать орбитальную гибридизацию и создать два гибридизованных состояния с отчетливыми формами: одно в форме символа θ и другое в форме повернутого θ. Экспериментальные данные полностью подтвердили теоретические предсказания, демонстрируя рекомбинацию состояний атомного коллапса (явления квантовой электродинамики) и шепчущих галерейных мод (акустического явления).
Это достижение имеет огромное значение для квантовой физики, поскольку впервые позволяет преодолеть разрыв между поведением искусственных и реальных атомов. Гибридизация орбиталей — ключевой процесс в химии, определяющий формирование химических связей и структуру молекул. Теперь, когда этот процесс можно моделировать в искусственных атомах, открываются новые возможности для исследования квантовых явлений и разработки квантовых технологий.
Профессор Сунь Цин-Фэн и его коллеги продемонстрировали, что графеновые квантовые точки могут служить идеальной платформой для изучения фундаментальных квантовых процессов. Контролируемая деформация потенциала позволяет точно настраивать орбитальные состояния и их взаимодействия, что открывает путь к созданию более сложных квантовых систем с заданными свойствами.
Исследование также показывает, как явления из разных областей физики — квантовой электродинамики и акустики — могут объединяться в одной системе, создавая новые физические эффекты. Это междисциплинарное взаимодействие может привести к неожиданным открытиям и инновациям в квантовых технологиях будущего.
Изображение носит иллюстративный характер
Квантовые точки, часто называемые искусственными атомами, уже давно используются для имитации атомных орбиталей. Предыдущие исследования успешно продемонстрировали возможность создания искусственных связывающих и антисвязывающих состояний. Однако до настоящего времени не удавалось использовать квантовые точки для моделирования гибридизации орбиталей — фундаментального процесса, происходящего в реальных атомах. Кроме того, оставался открытым вопрос о влиянии анизотропного ограничения на процесс гибридизации в квантовых точках.
Исследовательская группа разработала теоретическую основу и экспериментальный подход для решения этой проблемы. Ученые предположили, что анизотропные потенциалы могут индуцировать гибридизацию между различными орбитальными состояниями, в частности, между s-орбиталью (с орбитальным квантовым числом 0) и d-орбиталью (с орбитальным квантовым числом 2). Для проверки этой гипотезы исследователи деформировали круговой потенциал графеновых квантовых точек в эллиптический.
Результаты эксперимента превзошли ожидания. Ученым удалось успешно индуцировать орбитальную гибридизацию и создать два гибридизованных состояния с отчетливыми формами: одно в форме символа θ и другое в форме повернутого θ. Экспериментальные данные полностью подтвердили теоретические предсказания, демонстрируя рекомбинацию состояний атомного коллапса (явления квантовой электродинамики) и шепчущих галерейных мод (акустического явления).
Это достижение имеет огромное значение для квантовой физики, поскольку впервые позволяет преодолеть разрыв между поведением искусственных и реальных атомов. Гибридизация орбиталей — ключевой процесс в химии, определяющий формирование химических связей и структуру молекул. Теперь, когда этот процесс можно моделировать в искусственных атомах, открываются новые возможности для исследования квантовых явлений и разработки квантовых технологий.
Профессор Сунь Цин-Фэн и его коллеги продемонстрировали, что графеновые квантовые точки могут служить идеальной платформой для изучения фундаментальных квантовых процессов. Контролируемая деформация потенциала позволяет точно настраивать орбитальные состояния и их взаимодействия, что открывает путь к созданию более сложных квантовых систем с заданными свойствами.
Исследование также показывает, как явления из разных областей физики — квантовой электродинамики и акустики — могут объединяться в одной системе, создавая новые физические эффекты. Это междисциплинарное взаимодействие может привести к неожиданным открытиям и инновациям в квантовых технологиях будущего.
