物理学家们在量子研究领域取得了一项重要突破，他们首次成功测量了电子在固体内部运动时的几何形态，这一发现将为探索晶体固体在量子层面的行为提供全新的视角。
麻省理工学院（MIT）的物理学家里卡多·科明（Riccardo Comin）表示，这项研究如同绘制了一张蓝图，使得科学家们能够获取以前难以触及的新信息。这项研究的核心领导团队包括物理学家Mingu Kang（曾在MIT工作，现任职于康奈尔大学）和首尔国立大学的Sunjie Kim。
在宏观世界中，物质的行为可以通过经典物理学得到很好的解释。然而，当深入到粒子相互作用和测量方法的基本层面时，事情开始变得复杂和奇特。在极小的尺度上，精确的描述不得不让位于模糊的可能性波，这就是量子力学所描述的现象。
电子等粒子虽然常被视作微小球体，但其性质和行为更准确地由其波状的量子特性来描述。物理学家使用波函数来描述电子的波动特性，这是一个数学模型，它描述了在不同位置找到具有特定特征的粒子的可能性。这些特性可以被视作一种几何形状，它们可能像旋转的曲线或球体一样简单，也可能像克莱因瓶或莫比乌斯带一样复杂。
在此之前，科学家们在确定固体中电子量子几何的某些方面时，不得不依赖大量的猜测和基于可测量性质的推断。而现在，为了测量电子的量子几何，科学家们开始关注一种名为量子几何张量（QGT）的特性。这个物理量包含了量子态的全部几何信息，类似于二维全息图能够编码三维空间信息的方式。
为了实际测量QGT，科学家们采用了角度分辨光谱学技术。在这种技术中，光子被发射到材料上，以驱逐电子，并测量它们的性质，如极化、自旋和角度。这次实验的对象是钴锡合金的单晶，这是一种被称为“kagome”金属的特殊量子材料，该团队之前已经使用相同的技术对其性质进行了研究。
实验结果不仅为研究人员提供了首次在固体中测量QGT的方法，还使他们能够推断出金属中电子的其余量子几何形状。该团队将实验结果与相同材料的理论推导量子几何进行了对比，从而验证了估计几何形状的有效性。
科学家们表示，他们的技术不仅适用于钴锡合金，还将广泛应用于各种材料。这一发现具有重要意义，例如，量子几何可以用来发现通常不存在超导性的材料中的新超导现象。量子力学的几何解释已经成为凝聚态物理学领域许多最新进展的基础。
这项研究的作者在《自然物理学》杂志上发表了他们的成果。他们开创的实验方法不仅能够访问量子几何张量，从根本上表征量子态的几何特性，而且方法简单，适用于各种固态材料。这一方法有望推动对新量子现象的几何理解，促进实验活动的开展。
