光的漩涡使研究人员能够观察以前不可见的量子态

轻旋流提供对量子世界的洞察力

一种新的方法利用光的漩涡使研究人员能够观察以前看不见的电子量子态。该方法是由马丁·路德大学哈雷·维滕贝格（MLU）和一个国际研究人员小组的物理学家开发的。它有望为电子运动提供新的见解，这对于理解材料特性（例如电导率，磁性和分子结构）至关重要。意大利的自由电子激光FERMI用于提供实验证明，其结果发表在《自然光子学》杂志上。

光学显微镜使世界首次看到了细菌和细胞的微观世界。但是，光的波长限制了这些显微镜的分辨率。MLU物理研究所的JonasWätzel博士说：“量子世界仍然是隐形的”，他是Jamal Berakdar教授领导的研究小组的成员。“在原子中，像电子一样，量子粒子的空间膨胀比光的波长小许多倍，因此无法使用传统的光学显微镜进行成像。”

但是，光可以携带大量能量。Wätzel解释说：“当光子的能量足够强到足以将电子从材料中敲除时，这就是所谓的光电效应。”这种效应是爱因斯坦预言的。光谱仪可以检测出所发射的光电子的性质。目前，光电子光谱学是用于分析材料的电子结构的主要工具。Wätzel解释说：“许多量子态不会被光子激发，因此保持不可见。”

他与一个国际研究人员团队共同开发了一种新方法，可为光电子提供更多信息。为此，物理学家将传统的激光束与旋涡结合在一起，即所谓的光学涡旋。“这迫使光波以角动量进入螺旋形路径。当它们与物质相互作用时，电子被弹出，并且这种螺旋运动得以传播。”Wätzel解释说。当将其与光谱结合使用时，可以检测到材料以前不可见的特性。光电子如何以及是否与扭曲的光波相互作用并开始自身旋转，很大程度上取决于材料的性能。

使用位于意大利的里雅斯特的自由电子激光FERMI进行了高度复杂的实验。Wätzel说：“理论预测与测量结果之间有着极好的一致性。”“这种光谱方法为物质结构及其与光的相互作用的新见解铺平了道路。分子的外观，无论是顺时针旋转还是逆时针旋转，材料是否可以导电或磁性，都取决于电子结构。”他解释说。实际上，该方法可以普遍应用，并且可以在从医学到电子学和材料科学的广泛应用中使用。

参考：Giovanni De Ninno，JonasWätzel，PrimožRebernikRibič，Enrico Allaria，Marcello Coreno，Miltcho B. Danailov，Christian David，Alexander Demidovich，Michele Di Fraia，Luca Giannessi，Klavs Hansen，ŠpelaKrušič，Michele曼弗雷达（Manfredda），迈克尔·迈尔（Michael Meyer），安德烈·米赫利奇（AndrejMihelič），奈梅·米里安（Najmeh Mirian），奥克萨娜·普尔坎（Oksana Plekan），芭芭拉·瑞瑟尔（Barbara Ressel），贝内迪克特·罗斯纳（BenediktRösner），阿尔贝托·西蒙奇克，西蒙妮·斯潘皮纳蒂，马蒂亚·斯图帕尔，马特贾兹·齐特尼克，马可·赞格兰多，卡洛·卡拉格尼和贾迈拉·贝拉克达尔，2020年8月10日。
10.1038 / s41566-020-0669-y