石墨烯量子点模拟轨道杂交

由孙庆峰教授领导的研究小组与北京师范大学何林教授的研究小组合作，首次实现了石墨烯基人造原子的轨道杂化

他们的研究题为“石墨烯基人造原子的轨道杂交”，已发表在《自然》杂志上。这项工作标志着量子物理和材料科学领域的一个重要里程碑，弥合了人工和真实原子行为之间的差距

量子点，通常被称为人造原子，可以模拟原子轨道，但尚未被用于模拟轨道杂化，这是真实原子中的一个关键过程。虽然量子点已经成功地证明了人工键合和反键合状态，但它们复制轨道杂交的能力仍未得到探索

对于各向异性约束如何影响量子点中的杂交，缺乏基本的理解

作者开发了一种理论框架和实验方法来实现石墨烯基量子点中的轨道杂化。他们提出，人造原子中的各向异性势可以诱导不同轨道的受限态之间的杂化，例如s轨道（轨道量子数0）和d轨道（轨道光子数2）

通过将石墨烯量子点的圆形势变形为椭圆形势，该团队成功地诱导了轨道杂化，产生了两种形状不同的杂化态（θ形和旋转θ形）

通过探测各种量子点中的受限态获得的实验结果证实了理论预测，证明了原子坍缩态（一种量子电动力学现象）和回音壁模式（一种声学现象）的复合 More information: Yue Mao et al, Orbital hybridization in graphene-based artificial atoms, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08620-z

Journal information: Nature