量子扭轉顯微鏡可視材料內電子波

據最新一期《自然》雜志發表的研究，以色列魏茨曼科學研究所的研究人員開發了一種新型掃描探針顯微鏡，即量子扭轉顯微鏡（QTM），它可以創造出新的量子材料，同時觀察其電子最基本的量子性質。這項研究為量子材料的新型實驗開辟了道路。

大約40年前，掃描探針顯微鏡的發明徹底改變了電子現象的可視化方式。盡管當今的探針可在空間的單個位置獲取各種電子特性，但迄今為止掃描顯微鏡無法實現的是，在多個位置直接探測電子的量子力學存在，并提供對電子系統的關鍵量子特性的直接存取。

QTM原理涉及兩層原子般薄的材料相互“扭曲”或旋轉。事實證明，扭轉角度是控制電子行為的最關鍵參數：僅將其改變十分之一度，就可將材料從奇異的超導體轉變為非常規的絕緣體，但這個參數在實驗中也是最難控制的。

基于獨特的范德華尖端，QTM可創建原始的二維異質結，這為電子隧穿進入樣品提供了大量相干干涉路徑。由于在針尖和樣品之間增加了一個連續掃描的扭轉角，這種顯微鏡可沿著動量空間的一條線探測電子，類似于掃描隧道顯微鏡沿著真實空間的一條線探測電子。

實驗演示證明了針尖的室溫量子相干性，研究人員還施加了較大的局域壓力，觀察扭曲的雙層石墨烯的低能帶逐漸平坦化。

研究人員稱，新工具可直接將量子電子波可視化，可觀察它們在材料內部表演的量子“舞蹈”，其還為科學家提供一種新“透鏡”來觀察和測量量子材料的性質。

如此深入地窺探量子世界，可幫助揭示關于自然的基本真相。未來，QTM將為研究人員提供前所未有的新量子界面光譜，以及發現其中量子現象的新“眼睛”。