一個國際研究團隊在一種新型量子材料“kagome 材料”中首次成功測量了物質中的電子自旋——即電子在其中生存和移動的空間曲率。獲得的結果發表在《自然物理學》雜誌上，這可能會徹底改變未來研究量子材料的方式，為量子技術的新發展打開大門，並可能應用於從可再生能源到生物醫學的各種技術領域，從電子學到量子計算機。

科學家的國際合作取得了成功，物理和天文學系“Augusto Righi”教授Domenico Di Sante 參與了博洛尼亞大學的居里夫人BITMAP 研究項目。CNR-IOM Trieste、Ca’ Foscari 威尼斯大學、米蘭大學、維爾茨堡大學（德國）、聖安德魯斯大學（英國）、波士頓學院和加州大學聖巴巴拉分校（美國）的同事也加入了他的行列).

通過先進的實驗技術，利用粒子加速器同步加速器產生的光，以及對物質行為進行建模的現代技術，學者們首次能夠測量與拓撲概念相關的電子自旋。

電子在其上移動的表面的三個視角。左邊是實驗結果，中間是理論模型，右邊是理論模型。紅色和藍色代表電子速度的量度。理論和實驗都反映了晶體的對稱性，與日本傳統“kagome”籃子的質地非常相似。圖片來源：博洛尼亞大學

“如果我們拿兩個物體，例如足球和甜甜圈，我們會注意到它們的特定形狀決定了不同的拓撲特性，例如，因為甜甜圈有洞，而足球沒有，”Domenico Di Sante 解釋道。“同樣，電子在材料中的行為受到某些量子特性的影響，這些量子特性決定了它們在其中發現的物質中的旋轉，類似於宇宙中光的軌跡如何被恆星、黑洞、黑暗的存在所改變物質和暗能量，它們可以彎曲時間和空間。”

儘管電子的這一特性早已為人所知多年，但直到現在還沒有人能夠直接測量這種“拓撲自旋”。為實現這一目標，研究人員利用了一種稱為“圓二色性”的特殊效應：一種只能與同步加速器源一起使用的特殊實驗技術，它利用材料根據其偏振吸收不同光的能力。

學者們特別關注“kagome 材料”，這是一類量子材料，因其類似於構成日本傳統籃子的交織竹線編織（實際上稱為“kagome”）而得名。這些材料正在徹底改變量子物理學，所獲得的結果可以幫助我們更多地了解它們特殊的磁性、拓撲和超導特性。

“由於實驗實踐和理論分析之間的強大協同作用，這些重要結果成為可能，”Di Sante 補充道。“該團隊的理論研究人員採用了複雜的量子模擬，只有使用強大的超級計算機才有可能，並以這種方式將他們的實驗同事引導到可以測量圓二色性效應的材料的特定區域。”