科技日報記者 張佳欣
瑞士洛桑聯邦理工學院團隊開發出一種新方法，可在無外部時鐘的情況下，精確測量量子躍遷的持續時間。研究顯示，材料的原子結構對量子躍遷速度具有顯著影響，結構越簡單、對稱性越低，躍遷越慢。相關成果發表在新一期《牛頓》期刊上。
量子事件，例如隧穿效應，或者電子通過吸收光子而改變自身狀態的過程，發生的速度之快令人難以想象。有些過程僅持續幾十阿秒，光線在這么短的時間內甚至都來不及穿過一顆小病毒。
盡管2023年諾貝爾物理學獎展示了阿秒光脈沖技術，科學家由此能夠揭示極短時間過程，但這種方法仍依賴外部時鐘，在測量時可能會干擾電子的真實行為，從而產生誤導信息。
團隊此次用量子干涉的方法解決了這個問題。他們采用了“自旋角分辨光電子能譜”技術，通過強光激發材料中的電子，使電子躍遷到能量更高的狀態。同時，他們測量了電子的能量、方向和自旋。
團隊測試了原子尺度上具有不同“形狀”的材料。實驗結果顯示，在層狀材料二硒化鈦和二碲化鈦中，量子躍遷時間明顯延長至140—175阿秒。而在鏈狀結構的碲化銅中，躍遷時間超過200阿秒。這表明，材料的原子尺度“形狀”對量子事件的速度有顯著影響，低對稱性結構會導致更長的躍遷時間。
這一發現不僅揭示了光電子發射時間延遲的規律，為理解量子躍遷是否可視為瞬時提供了實驗依據，也為物理學家探索量子過程時間行為和復雜材料中電子相互作用提供了新工具，有助于未來開發能夠精確控制量子態的材料和技術。
