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北大与北师大团队在人造原子轨道杂化研究成果概述

 化工材料一家人

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2 月 26 日,北京大学孙庆丰教授课题组与北京师范大学何林教授课题组合作,在《自然》杂志发表文章,首次在人造原子中实现轨道杂化。

自然界物质由原子构成,原子结合成物质有轨道杂化和化学键形成两个关键过程。量子点(人造原子)因受限效应形成束缚态,类似真实原子轨道,此前已模拟出原子间化学键形成,孙庆丰和何林课题组在受限石墨烯体系也取得系列成果,但原子构成物质的另一关键 —— 轨道杂化尚未被人造原子模拟。

针对此空白,孙庆丰教授组提出人造原子各向异性势可使能量相近的不同轨道受限态杂化理论,指出在石墨烯量子点中将圆形势场变为椭圆形势场,s 轨道和 d 轨道会杂化形成新杂化态。

孙庆丰课题组通过解析推导和数值计算得出杂化态形状,何林课题组实验探测椭圆形量子点受限态,直接观测到轨道杂化特征,二者相互印证,证实了杂化发生。该杂化是原子塌缩态和回音壁态的重组,且随量子点形变增强,杂化强度提高,杂化态能量劈开。此研究揭示了原子塌缩现象与回音壁效应间的深刻联系。

北京大学毛岳、北京师范大学任慧莹和周啸峰为共同一作,孙庆丰、何林、任雅宁为共同通讯作者,研究获多项经费支持。

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