TIPS：本文共有 1259 个字，阅读大概需要 3 分钟。
科学家通过一种使用光绘制晶体电子结构的新工具可以揭示新兴量子材料的功能，将可以为先进的能源技术和量子计算机，到应用包括LED灯、太阳能电池和人工光合作用等铺平道路。该研究结果论文发表在最近一期的《科学》杂志上。
领导这项新研究理论的密歇根大学电气工程和计算机科学教授Mackillo Kira说：“量子材料可能会超越量子计算产生影响。” “如果正确地优化量子特性，则可以获得100％的光吸收效率。”
硅基太阳能电池已经成为最便宜的电能，但它们的日光转换效率相当低，约为30％。由单层晶体组成的新兴“2-D”半导体可以做得更好，潜在地使用高达100％的阳光。他们还可以将到目前为止所展示的接近绝对零的机器将量子计算提升到室温。
领导该实验工作的德国雷根斯堡大学物理学教授鲁珀特·胡伯（Rupert Huber）说：“现在，新型量子材料的发现速度比以往任何时候都要快。” “通过简单地将这些层以可变的扭曲角度一个接一个地堆叠在一起，并使用多种材料，科学家现在可以制造出具有真正空前特性的人造固体。”
将这些特性映射到原子的能力可以帮助简化设计具有正确量子结构的材料的过程。但是，这些超薄材料比早期的晶体要小得多，而且混乱得多，而且旧的分析方法无效。现在，可以在室温和压力下使用基于激光的新方法测量二维材料。
可测量的操作包括对于太阳能电池、激光器和光学驱动的量子计算至关重要的过程。本质上，电子在不能移动的“基态”与半导体的“导带”中的状态之间跳跃，在这些状态中，电子可以自由移动穿过空间，通过吸收和发射光来做到这一点。
量子映射方法使用100飞秒的红色激光脉冲将电子从基态弹出并进入导带。接下来，电子被红外光的第二脉冲撞击。这推动了它们，使它们在导带中的能量“谷”上上下振荡，就像在半管中的滑板手一样。
该团队利用电子的双重波/粒子特性来创建看起来像梳子的驻波图。他们发现，当该电子梳的峰值与材料的能带结构（其量子结构）重叠时，电子会强烈发射光。强大的光发射以及窄的梳齿线帮助创建了一张如此清晰的图像，研究人员称其为超分辨率。如图所示量子梳被照亮：在光激发下（红色和黄色光束），发现电子形成了类似梳的波形。梳状线的较窄宽度使得能够检测量子材料属性的超分辨率图像，比过去的研究结果要清晰得多。
通过将精确的位置信息与光的频率相结合，该团队能够绘制出二维半导体二硒化钨的能带结构。不仅如此，还可以通过光波在空间中扭曲的方式来读取每个电子的轨道角动量。操纵电子的轨道角动量，也称为伪自旋，是用于存储和处理量子信息的有希望的途径。
在二硒化钨中，轨道角动量确定了电子占据两个不同“谷”中的哪一个。电子发出的信息不仅可以向研究人员显示电子在哪个谷中，而且还可以显示该谷的景观是什么样的，以及谷之间的距离，这是设计新的基于半导体的量子器件所需的关键要素。
例如，当团队使用激光将电子推向一个谷的侧面直到它们落入另一个谷时，电子也在该下降点发光。该光线提供了有关山谷深度和山谷之间山脊高度的线索。利用这种信息，研究人员可以弄清楚该材料将如何用于各种目的。
我们转型不易，新知识内容立足于正能量、实用，觉得《用光映射量子结构以释放其功能》对你有帮助，请留言收藏！
