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量子技术突破：将一项天文学技术引入至纳米尺度

2020-01-07 17:46:03 来源 : 中华教育新闻社 围观 : 次

[据物理学组织网站2020年1月3日报道]美国哥伦比亚大学和加利福尼亚大学圣地亚哥分校的研究人员为量子物理学引入了一种新型的“多信使”方法，这意味着科学家在探索量子材料方面实现了技术飞跃。

这项发现发表在《自然材料》期刊上，第一作者为哥伦比亚纳米项目博士后研究员A. S. McLeod、合著作者有：哥伦比亚大学的Dmitri Basov和A. J. Millis以及加利福尼亚大学圣地亚哥分校的R.A. Averitt。

哥伦比亚大学希金斯物理学教授、能源前沿研究中心主任Basov说：“我们已经把一种技术从星系间的尺度引入至超小型领域。通过配备多模态纳米科学工具，我们现在可以自如地在纳米领域运用这一技术，而在五年前，没有人认为这是可能的。”

这项工作的灵感来自于“多信使”天体物理学，它在过去十年中作为一种革命性的技术出现，用于研究遥远的现象，如黑洞合并。该技术同时利用红外、光学、X射线和引力波望远镜等仪器进行测量，将这些观测数据综合起来可以得到比各个部分之和更大的物理图像。

研究人员正在寻找新的材料来补充目前对电子半导体的依赖。而利用光来控制材料性能可以为下一代计算平台提供更好的功能、速度、灵活性和能源效率。

量子材料的实验论文通常只使用一种光谱学方法得出结果。研究人员已经展示了综合使用多种测量技术来同时检测电学和光学特性的优势。

研究人员通过将激光聚焦在涂有磁性材料的针尖上进行实验。当金属氧化物薄膜受到一种独特的应变时，超快的光脉冲可以触发材料切换到纳米尺度域的未知相，并且这种变化是可逆的。

通过对薄膜样品表面的探针进行扫描，研究人员能够局部触发这种变化，同时以纳米级的精度操纵和记录这些光触发区域的电、磁和光学特性。

这项研究揭示了，当科学家通过应变对长期研究的量子材料进行调谐时，如何在这些材料中以超小规模出现意料之外的特性。

McLeod说：“用扫描探针研究这些纳米相材料是相对常见的。但这是光学纳米探针首次与同步磁性纳米成像相结合，而且都是在量子材料显示其优点的极低温度下进行的。现在，通过多模态纳米科学对量子材料的研究，提供了一种方法来封闭对它们进行工程设计的循环。”


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