石墨烯量子点中相对论量子疤痕的平直可视化轻轻射

量子疤痕是一种奇特的量子阵势，指的是在量子系统中，某些特定的波函数会在对应的经典隐隐系统中不踏实的周期轨说念隔壁进展出概率密度的增强。40 年前，这种阵势最早由物理学家海勒建议，是经典隐隐在量子宇宙中的一种“功绩”。尽管量子系统因薛定谔方程的线性特色、不细目性旨趣以及插手效应而削弱了隐隐，但量子疤痕标明某些经典特征如故好像部分保留。琢磨量子疤痕不仅有助于交融量子隐隐和随即矩阵表面等基础物理问题，还可能为量子信息措置提供新的应用。然则，平直不雅测量子疤痕仍然是一个时间迂曲。

在此，加州大学圣克鲁斯分校Jairo Velasco Jr讲授和葛哲浩博士（现加州大学伯克利分校博士后），通过使用原位石墨烯量子点（GQD）和波函数映射时间，哄骗扫描地说念显微镜，以纳米级空间分辨率和毫电子伏特的能量分辨率，到手对狄拉克电子的量子疤痕进行了成像。在实践中，作家发现，在清醒场状貌的 GQD 中，概率密度以双纽线（∞状貌）和条纹状图案的状貌增强。这些特征呈现出等能量停止的疏导，与相对论量子疤痕的表面揣测相符。磋商经典和量子模拟，作家进一步阐扬了这些不雅测到的步地对应于 GQD 里面两个不踏实周期轨说念的存在，从而阐明它们是典型的量子疤痕。关系效果以“Direct visualization of relativistic quantum scars in graphene quantum dots”为题发表在《Nature》上，兰州大学2017届本科学友葛哲浩博士为一作兼通信。这是继葛哲浩旧年在《Nature Nanotechnology》发表论文后的又一伏击力作。

葛哲浩博士

原位创建的清醒场状貌的 GQD

在这项琢磨中，作家哄骗扫描地说念显微镜（STM）初次平直不雅测到了清醒场状貌的石墨烯量子点（GQD）中的量子疤痕（图1c，实践安装表示图）。与之前琢磨的圆形GQD不同，圆形GQD是可积系统，具有限定的非隐隐经典能源学（图1a），而清醒场形GQD口舌可积系统，其经典能源学进展为隐隐特色（图1b），相配稳健琢磨量子疤痕。通过一种新斥地的STM探针电压脉冲时间，作家原位创建了一个电场界说的清醒场形GQD，并通过电压关系的dI/dVS成像时间测量其量子态的概率密度。在实践中，作家最初对GQD的状貌和势能分散进行了表征，驱逐在制备完成的石墨烯/六方氮化硼异质结构名义了了不雅测到了一个近似清醒场形的限制（红色虚线，图1d），限制内分散着不同波长的亮条纹。此外，通过空间分辨的dI/dVS谱图测量（图1e，f），作家绘图了GQD内的势能分散，驱逐显露在清醒场形GQD的水常常进取势能分散相对平坦，而在垂直方进取接近抛物线形，这种特有的势能分散在GQD中尚属初次发现，为量子疤痕琢磨提供了全新的实践平台

图 1：原位创建的清醒场状貌 GQD 的 STM 表征

量子疤痕的可视化

作家通过扫描地说念显微镜对石墨烯量子点内的量子疤痕进行了深切琢磨。在不同栅压（VG）和偏压（VS）条款下的成像中，发现跟着VG减小，GQD的有用大小逐渐增大（图2a–d），这响应了栅压对量子点势阱和费米能级的调控。在GQD里面，不雅测到了访佛双纽线（∞形，图2a中的红框）和条纹状（图2b中的绿框）的轨迹，这些轨迹与经典清醒场形台球系统中揣测的“蝴蝶结疤痕”和“弹跳球疤痕”一致。进一步在固定VG下调动VS的实践中，这些轨迹的强度进展出周期性变化，举例双纽线轨迹在特定VS下增强（图2e），随后收缩并回转为阻抑，最终再次增强（图2h）。这些驱逐为量子疤痕的能量依赖性和动态特色提供了新主意。

图 2：dI/dVS 图的 VG 和 VS 依赖性

相对论量子疤痕的重现

作家在栅压VG = -19 V下，通过测量不同偏压VS的dI/dVS图，发现双纽线（∞形）和条纹状轨迹的信号会周期性增强，并以特定的能量停止疏导出现。正如图3a–h所示，双纽线轨迹的增强信号每隔约6 meV疏导一次（图3a–d），而条纹状轨迹则每隔约10 meV疏导一次（图3e–h），这些特色与相对论量子疤痕的表面揣测一致。哄骗成像中的高分辨率，作家平直测量了这些轨迹的长度，并贪图出能量停止，与实践不雅测值高度吻合。此外，作家还通过（FFT）分析空间分辨的dI/dVS谱，进一步考证了这些特征（图3k–n）。举例，在中心线（图3c中的红线）与双纽线轨迹的交点数，与FFT分析中对应的峰值数目一致。这些驱逐了了地展示了相对论量子疤痕的典型特色，为不同尺寸石墨烯量子点中的进一步琢磨奠定了基础。

图 3：∞ 形和条纹状 dI/dVS 图案的等能量停止重现

清醒场状貌的 GQD 模拟

为了琢磨实践中不雅察到的双纽线（∞形）和条纹状图案的着手，作家对清醒场形石墨烯量子点进行了经典和量子模拟。经典模拟标明，该系统的能源学进展为夹杂特色，包括隐隐区域和袖珍KAM岛（图4a，b），其中双纽线轨迹位于踏实的KAM岛内（蓝点，图4b），而条纹状轨迹位于隐隐区域（橙点，图4a）。这些轨迹分离与实践中不雅察到的增强信号相符，标明它们与量子疤痕关系。通过量子波包分析，作家发现这些疤痕景况的能量停止固定，与实践不雅测到的双纽线疤痕约6 meV和条纹状疤痕约10 meV的停止一致（图4e，f）。进一步的紧拘谨模子模拟也考证了这些驱逐。这些发现不仅揭示了量子疤痕的等能量停止特色，还为交融相对论隐隐系统中的量子与经典对应提供了伏击援助。

图 4：清醒场状貌 GQD 的经典和量子能源学模拟

小结

此琢磨初次平直了了地不雅测到了量子疤痕，为探索其他新建议的量子疤痕类型（如手性疤痕和微扰激发的疤痕）铺平了说念路。手性疤痕因其可能在受限的中微子中进展出时辰反演对称性自觉破缺而备受神色。清醒场形石墨烯量子点为模拟这一相对论粒子物理阵势提供了一个有用平台。此外，微扰激发的疤痕可用于统一和驱逐电子穿过纳米范例的晶体管，为隐隐在纳米电子竖立中的量子驱逐开辟了新路线。石墨烯因其高移动率成为电子光学的理思材料，GQD中的量子疤痕还有后劲用于结束访佛于非可积光学腔中的微腔激光的定向辐射。这种基于隐隐的定向辐射不同于负折射、法布里–珀罗插手或回声廊步地等传统阵势，展现了隐隐在量子光学中的特有应用价值。

着手：高分子科学前沿

声明：仅代表作家个东说念主不雅点，作家水平有限，如有不科学之处，请鄙人方留言指正！