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并且有空穴的产生(对应于正电子)的现象

   

  科学网讯 “原子坍塌”坍塌是一种特殊的量子物理学现象,这一理念最初来自量子力学的奠基人之一保罗狄拉克,“坍塌”并不是说源自会瘪塌碎裂,而是指当超重原子核的所带正电荷量超过一个临界值时,产生的强库仑力场会使得带负电的电子进入一个新的量子态,这个状态下的电子开始螺旋地向着原子核跌落然后又螺旋地绕出原子核,并在此过程中发射出一个正电子。

  尽管概念很早就被提出了,但是在过去的几十年里却始终未能实现,这是因为要得到并维持一个超大原子核实在是太困难了。不过随着石墨烯这种只有一个原子厚度的二维材料问世,这一量子物理学中的经典现象终于得以人为实现。由于电子在石墨烯中的移动速度是在硅中移动速度的100倍,高速使得它们表现出很强的相对论性质。这让原子坍塌所要求的原子核电荷量也小了很多。这样一来,当石墨烯中掺有带大量电荷的杂质时,就会产生相当于原子坍塌的现象。

  实验小组使用扫描隧道显微镜(STM)把石墨烯上的五个钙二聚体(calcium dimers)放到一起,组成超大“原子核”,继而通过STM来观测由此产生的原子坍塌态也就是电子螺旋地绕近又绕出原子核,并且有空穴的产生(对应于正电子)的现象。

  在获得初步成功后,该小组目前正在致力于研究有多个原子参与的坍塌现象,因为当石墨烯器件的大小缩小到10纳米左右时,原子坍塌现象将会大有作为,这对今后纳米元器件的研制与生产具有深远的意义。(科学网 郑昊)