科学家首次描绘出电子的形状

中学的物理教科书都配有原子结构的模型图，类似于太阳系，原子核在中心，电子在外面排成圆圈。但是你可能听说过电子不是微小的球体。

据我们所知，电子本身实际上没有“形状”——相反，它们要么表现为点状粒子，要么表现为波，它们会因能量的变化而改变形状。现在，物理学家首次揭示了人造原子中单个电子的形态信息。

实验中采用了纳米尺度的量子点显示技术。你可能听说过量子点电视，比如QLED电视，但是除了看《权力的游戏》的最后一集，这项技术在科学上还有更重要的应用。

量子点在半导体中被称为人工原子，因为它们可以捕获电子并限制它们在三维空间中的运动，用电场将它们固定在适当的位置。被俘获的电子表现得好像被束缚在原子上一样。

借助分光镜，研究人员可以确定量子点中电子的能级，并观察它们在不同强度和方向的磁场中的表现。

反过来，这使得科学家能够计算量子点中电子波函数的形状，甚至可以达到纳米级甚至更小。

“简而言之，我们第一次用这种方法来描绘电子，”巴塞尔大学的物理学家丹尼尔·罗斯说。

但这还不是全部。通过调整电场，它们可以改变电子的轨迹，并以高度有针对性和精确的方式控制它们的自旋。

这对未来的研究和技术具有重要意义。它可能在量子纠缠的研究中发挥作用，因为成功的纠缠需要两个电子的波函数沿同一平面取向。能够控制电子波函数的形状可能是非常有价值的。

就技术而言，电子的自旋速率是量子位的候选者，量子位是量子计算机中最小的信息单位，但只有在量子自旋可控的情况下才有用。

由于自旋部分取决于电子的几何形状，这是实现控制的一种可能方式。

研究人员的两篇论文分别发表在《物理评论快报》和《物理评论B》上。