控制电子如何穿过材料是制造新电子设备的关键。电子的运动如何受磁场影响是一个尚未完全解决的老问题，但却获得了多项诺贝尔物理学奖。现在，汉堡马克斯普朗克物质结构与动力学研究所的科学家们解决了该领域一个长期存在的问题，即如何恢复一定的对称性。他们的研究结果已发表在《物理评论快报》上。由于电机所依赖的电磁感应和洛伦兹力，在强磁场中运动的电子会做圆周运动。在具有原子厚度的二维材料的量子平坦区中，这会导致奇怪的量子效应。

如整数和小数量化Er 效应表明洛伦兹偏转电荷的量不是任意的，而是在离散（量化）步骤中增加。尽管在磁场领域取得了很大进展，但对电子在磁场中行为的基本描述仍然有些不完整。这里有一个深层次的问题。该研究的第一作者、MPSD 理论系博士生 Vasil Rokaj 说：如果有一个巨大的线圈，空间中产生的磁场将无处不在。量子表中的电子在任何地方都应该感受到相同的力。但传统上，处理磁场的标准教科书无法解释这种物理要求。由 MPSD 理论总监 Angel Rubio、团队负责人 Michael Rugenthaler 和 Michael Centov 领导的研究团队。

Rokai 和合著者 Marku Spencer Penz 着手推导出一个新方程来解决这个缺陷。起初他不知道会发生什么。事实上，研究人员对一个不同的问题感兴趣，即所谓的空腔中的量子化场而不是经典场。它如何影响电子运动。为了实现这一目标，Rokaj 不得不使用量子电动力学，该学最早于 1930 年代和 1940 年代发展起来，用于描述电子和光子如何相互作用。当 Rokaj 写出固体中电子的方程时，研究小组意识到发生了一些有趣的事情。线圈中的磁场是由光子组成的，所以理论上应该可以用新的方式来描述老问题。

令人惊讶的是，通常量子不确定性（或波动）的场的不考虑有助于恢复基本的对称性——无论在空间的哪个位置观看，一切都应该是一样的。这些研究证明，我们正走在全面解决这一问题的正确轨道上。许多研究人员致力于研究光子如何改变物质性质的大规模问题——从新的化学反应到可能有助于构建未来量子计算机的材料。这项研究证明，从基础理论出发，重新审视老问题总是值得的，更多的惊喜等待被发现。

博科园｜研究/来自：马克斯普朗克物质结构与动力学研究所

参考期刊《物理学评论快报》

DOI: 10.1103/

博克公园｜科学、技术、科学研究、科普