来源：北京师范大学
编辑整理：双一流高教
近日，北京师范大学迎来2025年首篇《自然》。由物理与天文学院何林教授课题组与北京大学物理学院量子材料科学中心孙庆丰教授课题组紧密合作，首次在人造原子中实现了轨道杂化。
相关研究成果以“石墨烯人造原子中的轨道杂化”（Orbital hybridization in graphene-based artificial atoms）为题，在《自然》（Nature）杂志上在线发表。
图源：《自然》官网
针对原子构成物质的相关研究空白，两个课题组深入合作，发展了人造原子中轨道杂化的概念，提出人造原子的各向异性势可以让其能量相近的不同轨道受限态之间发生杂化。
通过实验和理论相互印证，研究共同证实了石墨烯量子点中受限态发生了轨道杂化。并且，这种杂化是原子塌缩态和回音壁态之间的重组，杂化后的态同时包含原子塌缩态和回音壁态。此外，随着量子点的各向异性逐渐增强，杂化强度逐渐提高，两个杂化态的能量会逐渐劈开。这点从实验测量和理论计算方面都得到了证实。
上半部分：真实原子中的(a)未杂化的轨道和(b)sp2轨道杂化示意图 下半部分：人造原子中的(c)圆形势场和(d)椭圆形势场示意图
(a,b)数值计算的杂化态（θ形和倒θ形） (c,d)实验观测到的杂化态 (e)杂化态随量子点各向异性程度增加而发生能量劈裂
北京大学物理学院量子材料科学中心博士生毛岳、北京师范大学博士生任慧莹和周啸峰为文章的共同第一作者。北京大学教授孙庆丰、北京师范大学教授何林和北京师范大学博新博士后任雅宁为文章的共同通讯作者。
该工作的合作者还有北京大学博雅博士后庄钰晨、北京师范大学博士研究生盛浩和肖云浩。
春意渐浓之际，北师大将首篇顶刊揽入囊中，为2025年度科研工作带来了良好开端，也显示了学校物理与天文学院卓越的办学和科研实力。
学院汇聚和传承了北师大物理学科百余年的学术底蕴和科研积淀，在物理学、天文学及核科学与技术等学科领域具有显著的学术影响力，其中物理学科已进入ESI世界排名前1%。
目前学院设有2个本科招生专业，均为国家级一流本科专业建设点。其中物理学专业建有国家理科基础科学研究和教学人才培养基地、教育部基础学科拔尖学生培养计划2.0基地等，本科毕业生中保研、考研、境外深造比例达到55%。天文学专业拥有天文教学综合实验室，与国家天文台、紫金山天文台等科研机构均签有人才培养合作协议，这些科研机构也成为学校天文学科的实践教学基地。
凭借强劲的学科和专业实力，学院也为学生提供了一流的教育资源和发展平台。目前，学院拥有一支力量雄厚的师资队伍，汇集国家级人才称号获得者群体；建有多尺度自旋物理教育部重点实验室、射线束技术教育部重点实验室等多个高水平科研平台，为培养高层次创新人才提供了坚实保障。
在科研方面，学院以相变、引力等基本问题研究见长的理论物理团队是国内外公认的活跃群体，同时学院在暗物质探测、离子束材料表面改性、X光调控技术、半导体光电探测等多个领域都具备深厚积累和研究实力。相关成果入选Science、Nature评选的年度十大科技进展，主持和参与了多项国家级重大科研项目，先后获得国家三大奖及省部级奖数十项。（数据截至2024年11月）
格物致理，笃行致远。未来，北师大物理与天文学院也将继续求索向前，不懈追求科学真理的深度与广度，为更多前沿课题的研究贡献力量。
