中學(xué)的物理教材上都會(huì)配有原子結(jié)構(gòu)的模型圖，類似于太陽(yáng)系，中心是原子核，外面一圈圈軌道上排布著電子。但是你或許聽說過，電子并非是微小的球體。

據(jù)我們所知，電子本身實(shí)際上并不具有“形狀”——相反，它們要么表現(xiàn)為點(diǎn)狀粒子，要么表現(xiàn)為波，因能量的變化改變形態(tài)?，F(xiàn)在，物理學(xué)家第一次揭示出了人造原子中單個(gè)電子的形態(tài)信息。

實(shí)驗(yàn)用到了納米尺度上的量子點(diǎn)顯示技術(shù)。你可能聽說過量子點(diǎn)電視，比如QLED電視，但除了用來收看《權(quán)力的游戲》大結(jié)局之外，該技術(shù)在科學(xué)上還有更重要的應(yīng)用。

量子點(diǎn)被稱為半導(dǎo)體中的人造原子，因?yàn)樗鼈兡軌虿东@電子并限制它們?cè)谌S空間中的運(yùn)動(dòng)，用電場(chǎng)將它們固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。被捕獲電子的行為像與原子結(jié)合時(shí)一樣。

借助分光鏡，研究人員能夠確定量子點(diǎn)中電子的能級(jí)，觀察它們?cè)诓煌瑥?qiáng)度和方向的磁場(chǎng)中的表現(xiàn)。

反過來，這又允許科學(xué)家計(jì)算量子點(diǎn)內(nèi)電子波函數(shù)的形狀，甚至精確到納米級(jí)，乃至更小。

“簡(jiǎn)而言之，我們用這種方法首次描繪出電子的樣子，”巴塞爾大學(xué)的物理學(xué)家Daniel Loss說。

但這還不是全部。通過調(diào)節(jié)電場(chǎng)，他們能夠改變電子的運(yùn)動(dòng)軌跡，以高度針對(duì)性和精確的方式控制它們的自旋。

這對(duì)未來的研究和技術(shù)具有重大意義。它可能在研究量子糾纏的領(lǐng)域中發(fā)揮作用，因?yàn)槌晒m纏需要兩個(gè)電子的波函數(shù)沿同一平面取向。能夠控制電子波函數(shù)的形狀可能是非常有價(jià)值的工作。

至于技術(shù)，電子的自旋速率是用作量子比特的候選者，量子比特是量子計(jì)算機(jī)中最小的信息單位，但只在量子自旋是可控的情況下才有用。

由于自旋部分地取決于電子的幾何形狀，因此這是實(shí)現(xiàn)控制的一種可能方法。

研究的人員的兩篇論文分別發(fā)表在Physical Review Letters 和Physical Review B。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基于創(chuàng)作共用協(xié)議(BY-NC)發(fā)布。