今日网
我国科学家首次在人造原子中实现轨道杂化
责编：陈凯欣
2025-03-05
今日网
阅读：
物质世界中的原子是构成一切的基石，而其内部的电子轨道则如同信息传递的关键通道。长期以来，科学家们一直试图揭开轨道杂化这一复杂现象背后的奥秘。近日，中国科研团队在这一领域取得了重大突破——北京大学物理学院孙庆丰团队与北京师范大学物理与天文学院何林团队合作，在国际顶级期刊《自然》上发表论文，首次在人造原子中实现了轨道杂化，为量子世界的探索开辟了新的视野。
正如一支协作默契的乐队需要每个乐手都能独立调整音色并与其他成员配合一样，原子在形成化学键的同时，也需要经历轨道杂化的过程。此前，尽管科学家们已经能够用人造原子模拟原子间的化学键形成，但对轨道杂化的精确复现始终未能实现。
为解决这一难题，研究团队创新性地提出了一种突破性的方法：通过改变人造原子的几何形状来打破其对称性，从而引发轨道杂化。具体而言，研究人员将石墨烯中的人造原子从圆形变形为椭圆形，发现这种形变能够促使相关电子轨道发生杂化，并形成独特的电子态。通过理论分析与实验验证相结合的方式，团队最终成功实现了这一突破。
这项研究的一个意外发现是，新形成的杂化轨道同时包含了"回音壁态"和"原子塌缩态"这两种看似无关的物理现象。回音壁是一种声学现象，例如天坛回音壁的声音传播特性；而原子塌缩则是量子电动力学中的预测，在某些情况下，原子可能会因序数过大而失去稳定性。尽管这两个概念分属不同领域，但在轨道杂化的过程中，它们实现了奇妙的统一。
该研究成果不仅填补了人造原子研究领域的空白，更为未来的材料科学、微纳结构设计以及量子计算等领域提供了重要的理论基础和新的思路。何林表示："这一发现让我们能够像调音师一样精细地调控材料内部的电子轨道，这不仅有助于理解物质的基本性质，也为量子技术的发展带来了更多可能性。"
以上内容转载于其它媒体，传播目的在于传递更多信息，仅作为学习参考，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、图片版权和其它问题请邮件联系，我们会及处理，举报邮箱：Tousu_smget@sina.com
