日内瓦大学团队发现量子材料内部“隐形几何”——为超高速量子电子学打开新视野
通过测定“量子度量”，首次将理论中的几何概念实验证实，暗示未来在太赫兹、超导与光‑物质耦合等领域的新突破
发布机构： 日内瓦大学（UNIGE）量子物质物理系
一. 背景当今科技的核心驱动力正越来越依赖“量子材料”。它们的导电、光学与磁学特性来自于电子在原子尺度下的非经典行为。正是这些微观奇异效应，才孕育了晶体管、光伏与激光等技术。科学家仍在挖掘那些挑战现有理论的量子效应，其中最吸引人的是在物质内部出现的“几何结构”，类似爱因斯坦的重力弯光原理，能够改变电子的运动轨迹。
图：示意图
二. 研究突破在《Science》上发表的最新论文中，日内瓦大学与萨雷诺大学及意大利国家研究院‑粒子物理（CNR‑SPIN）合作团队首次实测到量子度量——一种描述电子在量子空间中“弯曲”程度的几何量。
实验系统：两种金属氧化物——钛酸钡（SrTiO₃）与铝酸镧（LaAlO₃）的界面。
测量方法：在强磁场下观察电子轨道的畸变，结合量子度量的理论预测，成功分辨出由几何弯曲所致的轨迹偏移。
“量子度量的概念已存在约二十年，但一直停留在理论层面。”——UNIGE 量子物质物理系主任、全职教授 Andrea Caviglia。 “通过界面实验，我们把这个抽象的几何概念转化为可观测的量子效应。”——本研究第一作者 Giacomo Sala。
三. 科学意义精准表征材料性能
量子度量直接影响材料的光学、电学与输运性质，测量它能让科研人员以更高精度评估材料的功能。
普遍性而非例外
研究显示，量子度量并非某些罕见材料的特异现象，而是许多二维、三维量子系统的内在特征。
技术前景
太赫兹电子学：量子几何可被用于设计在 10¹² Hz 以上工作频率的高速器件。
超导与光‑物质相互作用：调控量子度量或可优化耦合强度，为高温超导与量子光学系统的突破提供新思路。
“这些发现为在更广泛的材料中探索并利用量子几何打开了新的路径。”——Caviglia
四. 未来方向量子度量的可调控：通过外加电场、应力或化学改性实现几何曲率的调节，进一步定制材料性能。
多界面与多层结构：构建更复杂的氧化物层级或过渡金属二硫化物等二维材料，验证量子几何在不同环境下的表现。
应用研发：基于量子度量的理论模型指导太赫兹传感、量子计算与量子通讯硬件的实际设计。
关于量子度量
量子度量（quantum metric）是量子力学中描述电子状态空间曲率的张量，其本质类似于黎曼几何在空间中的度量张量。它决定了电子在能带内的有效质量、输运系数以及与磁场的耦合方式。虽然理论上已有广泛讨论，但迄今为止仅有少数间接实验提示其存在。本研究凭借高磁场下的界面电子轨道畸变，首次以直接可测的方式确认了量子度量的存在，为量子材料的几何驱动设计奠定了实验基础。
勇编撰自论文"The quantum metric of electrons with spin-momentum locking".Science.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。
