物理學家實現石墨烯電子量子躍遷實時攝像 強光場下跨禁帶概率達100%

德國雷根斯堡大學、馬爾堡大學與尤利希研究中心物理學家在《自然》發表突破成果，利用超快激光與光電子動量顯微鏡首次實時拍攝到電子在石墨烯中跨越禁帶的量子躍遷過程。在強光場驅動下，部分電子躍遷概率達到了100%。 發生了什麼？ 多國物理學家團隊成功實現了石墨烯中朗道-齊納-馬約拉納躍遷的動態攝像。傳統半導體理論認爲電子被束縛在特定能帶中，無法直接穿過能量禁帶。研究團隊利用超純單原子層旋轉石墨烯，結合強激光脈衝與光電子動量顯微技術，在飛秒尺度內記錄了電子能量與動量分佈的實時演變。觀測證實強光電場能直接驅動電子跳過中間能級並在能帶間實現瞬間轉移。 爲什麼重要？ 這項觀測證實躍遷概率完全取決於電子加速掠過能隙的相對速度，打破了傳統空間勢壘認知。當激光電場達到閾值時，電子跨越禁帶的隧穿概率高達100%。雷根斯堡大學物理學家賈科莫·因扎尼指出，實驗爲量子微觀世界打開了一扇全景窗口，使研究人員能夠實時追蹤電子在固體能量圖景中的運動軌跡。這爲利用光波振盪取代電壓直接操控電子鋪平了道路，有望將芯片開關頻率推升至拍赫茲級別。 接下來會怎樣？ 科研團隊計劃將該套超快顯微技術推廣至拓撲絕緣體等量子材料。科學家將深入探索晶格振動對電子相干性的干擾機理，爲開發新一代全光控半導體與超快量子計算硬件提供實驗基準。