“自然界中的物质是由原子组成的。在原子结合构成物质时，有两个重要过程：一是原子间形成化学键，二是原子内发生轨道杂化。好比一支训练有素的乐队，不同乐手不仅要通过相互配合演奏出美妙的和弦（化学键），每个乐手也要对自己的乐器进行调音与独奏（轨道杂化）。”孙庆丰告诉记者，此前，各国科学家已经用人造原子模拟了原子间化学键的形成，但原子内的轨道杂化却无法被成功复现。

针对这一问题，孙庆丰和合作者提出了一种颠覆性策略，即通过调整人造原子的形状打破对称性，进而在其内部实现轨道杂化。“我们研究发现，将石墨烯中的人造原子从圆形拉成椭圆形，其中相关轨道就会发生杂化，形成全新电子态。随后，团队分别从理论与实验方面展开研究，结果相互印证，共同实现了人造原子的轨道杂化。如果说此前人造原子仅能模拟‘合奏’，如今我们便好比首次捕捉到了‘独奏’的量子音符。”孙庆丰说。

“这一研究还意外揭示了两个看似迥乎不同的物理现象之间的联系——新的杂化轨道同时包含了‘回音壁态’和‘原子塌缩态’。”孙庆丰表示，回音壁是一种声学现象，比如在天坛公园的回音壁旁边喊话，声音会沿着墙壁传播；而原子塌缩是量子电动力学中的预测，原子序数过大时，原子会出现失稳。“尽管这两者来自完全不同的研究领域，但在轨道杂化过程中，它们却奇妙地融合在一起，如同在量子尺度重现了建筑声学与核物理的对话。”

“这一研究填补了人造原子领域的历史空白，为可控研究轨道杂化提供了基础，也为未来微纳结构的设计提供了新思路，为构建智能材料、人造物质提供了全新调控维度，在量子计算方面有潜在重要应用前景。”何林表示，“也许有一天，我们可以像调音师一样，精细地调控材料内部的电子轨道，不仅能‘和弦’与‘独奏’，更能为电子轨道‘创作乐谱’，进而为量子技术变革与发展带来更多可能性。”（记者晋浩天）

责任编辑：魏敏