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瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院團隊開發(fā)出一種新方法，可在無外部時鐘的情況下，精確測量量子躍遷的持續(xù)時間。研究顯示，材料的原子結(jié)構(gòu)對量子躍遷速度具有顯著影響，對稱性越低，躍遷越慢。相關(guān)成果發(fā)表在新一期《牛頓》期刊上。

量子事件，例如隧穿效應(yīng)，或者電子通過吸收光子而改變自身狀態(tài)的過程，發(fā)生的速度之快令人難以想象。有些過程僅持續(xù)幾十阿秒，光線在這么短的時間內(nèi)甚至都來不及穿過一顆小病毒。

盡管2023年諾貝爾物理學(xué)獎?wù)故玖税⒚牍饷}沖技術(shù)，科學(xué)家由此能夠揭示極短時間過程，但這種方法仍依賴外部時鐘，在測量時可能會干擾電子的真實行為，從而產(chǎn)生誤導(dǎo)信息。

團隊此次用量子干涉的方法解決了這個問題。他們采用了“自旋角分辨光電子能譜”技術(shù)，通過強光激發(fā)材料中的電子，使電子躍遷到能量更高的狀態(tài)。同時，他們測量了電子的能量、方向和自旋。

團隊測試了原子尺度上具有不同“形狀”的材料。實驗結(jié)果顯示，在層狀材料二硒化鈦和二碲化鈦中，量子躍遷時間明顯延長至140—175阿秒。而在鏈狀結(jié)構(gòu)的碲化銅中，躍遷時間超過200阿秒。這表明，材料的原子尺度“形狀”對量子事件的速度有顯著影響，低對稱性結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致更長的躍遷時間。

這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了光電子發(fā)射時間延遲的規(guī)律，為理解量子躍遷是否可視為瞬時提供了實驗依據(jù)，也為物理學(xué)家探索量子過程時間行為和復(fù)雜材料中電子相互作用提供了新工具，有助于未來開發(fā)能夠精確控制量子態(tài)的材料和技術(shù)。