密歇根大学 被照亮的量子梳:在光激发下(红色和黄色光束)，电子被发现形成梳状波图案
窄宽度的梳状线能够探测出量子材料性质的(发光峰值)超分辨率图像——比早期的努力要清晰得多
学分:马库斯·博奇，量子科学理论实验室 密歇根大学、雷根斯堡大学和马尔堡大学的研究人员称，一种利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能力，并为先进的能源技术和量子计算机铺平道路
关于这项工作的论文发表在《科学》杂志上
应用包括发光二极管灯、太阳能电池和人工光合作用
“量子材料的影响可能远远超过量子计算，”密歇根大学电子工程和计算机科学教授麦基罗·基拉说，他领导了这项新研究的理论部分
“如果你正确地优化量子特性，你可以获得100%的光吸收效率
" 硅基太阳能电池已经成为最便宜的电力形式，尽管它们的太阳光-电力转换效率相当低，约为30%
由单层晶体组成的新兴“二维”半导体可以做得更好——潜在地使用100%的阳光
他们还可以将量子计算从目前展示的接近绝对零度的机器提升到室温
领导这项实验工作的德国雷根斯堡大学物理学教授鲁伯特·胡贝尔说:“新的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不同的扭转角度一层接一层地堆叠起来，并使用多种材料，科学家们现在可以制造出具有前所未有性能的人造固体
" 将这些属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小得多，也更混乱，旧的分析方法不起作用
现在，二维材料可以在室温和压力下用新的激光方法进行测量
被照亮的量子梳:在光激发下(红色和黄色光束)，电子被发现形成梳状波图案
窄宽度的梳状线能够探测出量子材料性质的(发光峰值)超分辨率图像——比早期的努力要清晰得多
学分:马库斯·博奇，量子科学理论实验室 可测量的操作包括太阳能电池、激光和光驱动量子计算的关键过程
本质上，电子在“基态”和半导体“导带”状态之间跳跃，在“基态”中，电子不能运动，在“导带”中，电子可以自由地在空间中移动
他们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(100万亿分之一秒)的红色激光脉冲将电子从基态弹出并进入导带
接下来，电子被第二个红外光脉冲击中
这推动它们，使它们在传导带的能量“谷”上下摆动，有点像半管中的滑板
该团队利用电子的双波/粒子特性来创建一个看起来像梳子的驻波图案
他们发现，当这个电子梳的峰值与材料的能带结构——它的量子结构——重叠时，电子会强烈发光
这种强大的光发射，加上窄宽度的梳状线，有助于创造出如此清晰的图像，研究人员称之为超分辨率
通过结合精确的位置信息和光的频率，研究小组能够绘制出二维半导体钨二硒化物的能带结构
不仅如此，他们还可以通过光波前在空间扭曲的方式获得每个电子轨道角动量的读数
操纵电子的轨道角动量，也称为赝自旋，是存储和处理量子信息的一个有前途的途径
在二硒钨中，轨道角动量确定了一个电子占据两个不同的“谷”
电子发出的信息不仅可以向研究人员展示电子所在的山谷，还可以展示山谷的景观以及山谷之间的距离，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，当研究小组使用激光将电子推上一个山谷的一侧，直到它们落入另一个山谷时，电子也会在那个落点发光
这种光给出了山谷深度和它们之间山脊高度的线索
有了这种信息，研究人员可以计算出这种材料在各种用途上的表现
这篇论文的题目是“量子材料中电子带的超分辨率光波断层成像”
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