物理学家实现石墨烯电子量子跃迁实时摄像 强光场下跨禁带概率达100%

德国雷根斯堡大学、马尔堡大学与尤利希研究中心物理学家在《自然》发表突破成果，利用超快激光与光电子动量显微镜首次实时拍摄到电子在石墨烯中跨越禁带的量子跃迁过程。在强光场驱动下，部分电子跃迁概率达到了100%。 发生了什么？ 多国物理学家团队成功实现了石墨烯中朗道-齐纳-马约拉纳跃迁的动态摄像。传统半导体理论认为电子被束缚在特定能带中，无法直接穿过能量禁带。研究团队利用超纯单原子层旋转石墨烯，结合强激光脉冲与光电子动量显微技术，在飞秒尺度内记录了电子能量与动量分布的实时演变。观测证实强光电场能直接驱动电子跳过中间能级并在能带间实现瞬间转移。 为什么重要？ 这项观测证实跃迁概率完全取决于电子加速掠过能隙的相对速度，打破了传统空间势垒认知。当激光电场达到阈值时，电子跨越禁带的隧穿概率高达100%。雷根斯堡大学物理学家贾科莫·因扎尼指出，实验为量子微观世界打开了一扇全景窗口，使研究人员能够实时追踪电子在固体能量图景中的运动轨迹。这为利用光波振荡取代电压直接操控电子铺平了道路，有望将芯片开关频率推升至拍赫兹级别。 接下来会怎样？ 科研团队计划将该套超快显微技术推广至拓扑绝缘体等量子材料。科学家将深入探索晶格振动对电子相干性的干扰机理，为开发新一代全光控半导体与超快量子计算硬件提供实验基准。