来源：日内瓦大学（University of Geneva），由Sadie Harley编辑，Robert Egan审阅；电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 谢思琪 编译

    如何实现数据的闪电般处理，或无损耗地传输电能？为了实现这些目标，科学家和工业界正将目光投向量子材料——这类材料遵循微观世界的物理定律。而要设计出此类材料，必须深入理解原子尺度的现象，然而其中大部分仍属未知领域。

    日内瓦大学（UNIGE）的一个研究团队，联合萨勒诺大学和意大利国家研究委员会SPIN研究所（CNR-SPIN），在揭示一种长期仅存在于理论中的“隐藏几何结构”方面取得了重大进展。这种结构会像引力弯曲光路一样，扭曲电子的运动轨迹。这项发表于《Science》期刊的研究，为量子电子学开辟了全新的道路。

    未来技术的发展依赖于具有前所未有特性的高性能材料，而这些特性根植于量子物理。这场技术革命的核心，正是对物质微观尺度的研究——这正是量子物理的本质所在。过去一个世纪中，人们对材料内部原子、电子和光子的探索催生了晶体管，并最终推动了现代计算机的诞生。

    如今，科学家仍在不断发现挑战传统理论模型的全新量子现象。近期研究表明，当大量粒子被观测时，某些材料内部可能会涌现出一种特殊的几何结构。这种结构似乎能够像爱因斯坦广义相对论中引力弯曲光线那样，改变材料中电子的运动路径。

    从理论到实证

    这种被称为“量子度规”（quantum metric）的几何结构，反映了电子所处量子空间的曲率。它在物质微观尺度的诸多现象中扮演着关键角色。然而，探测其存在及其效应至今仍是科学界的一大挑战。

    “量子度规的概念大约出现在20年前，但长期以来一直被视为纯理论构想。直到最近几年，科学家才开始探索它对物质性质的实际影响。”日内瓦大学理学院量子物质物理系主任、教授Andrea Caviglia解释道。

    得益于最新研究成果，由UNIGE研究人员领导的团队，与萨勒诺大学物理系副教授Carmine Ortix合作，在两种氧化物——钛酸锶（strontium titanate）与铝酸镧（lanthanum aluminate）——的界面处成功探测到了量子度规的存在。这一界面是一种著名的量子材料体系。

    “我们可以通过观察电子轨迹在量子度规与强磁场共同作用下的扭曲情况，来揭示其存在。”该研究的第一作者、日内瓦大学量子物质物理系研究员Giacomo Sala解释说。

    观测到这一现象，使科学家能够更精确地刻画材料的光学、电子及输运特性。研究团队还证明，量子度规是许多材料的固有属性，而非如先前假设的那样仅限于特定体系。

    Caviglia总结道：“这些发现为在多种材料中探索并利用量子几何打开了全新通道，对未来运行在太赫兹频率（每秒一万亿次振荡）的电子器件、超导技术以及光与物质相互作用等领域具有深远影响。”

    更多信息：Giacomo Sala et al, The quantum metric of electrons with spin-momentum locking, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adq3255