[发明专利]一种石墨烯平面在低能量范围内的原子坍塌态观测方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯平面在低能量范围内的原子坍塌态观测方法。本发明采取六边形结构的石墨烯平面作为检测平台，六边形每条边的边缘碳原子构成扶手椅排布结构，在中心位置处有两个相距5nm的碳原子缺陷作为人工原子核，且这两个缺陷原子来自同一种石墨烯子晶格，缺陷位置处的电荷量通过STM探针进行调控。本发明通过分析石墨烯的态密度分布图，在电荷量大于0.5，任意非0负能量下成功观测到了原子坍塌谐振峰，大大简化了观测原子坍塌现象的难度。

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及一种石墨烯平面在低能量范围内的原子坍塌态观测方法。

背景技术

原子坍塌是一种相对论性的量子电动力学现象。量子力学发展之后，薛定谔方程的提出，解释了原子中的电子波动，确定了有关原子轨道的概念，阐述了原子能级的量子化：绕核运动的电子只能处于一系列不连续的能级上，核外电子按照泡利不相容原理从低能态到高能态依次占据原子轨道。而电子量子力学的相对论表达式，又颠覆了量子力学提出的原子轨道模型。当原子核的核电荷数Z大于临界值Z_c＝137时，电子态不再是分立状态，它将通过隧穿掉入正电子连续能谱，同时发射出正电子。我们把原子态变得不稳定，电子不再绕原子核做圆周运动而螺旋加速奔向原子核，最终打在原子核上；随后再螺旋加速远离原子核，同时释放出正电子的现象称为原子坍塌。

原子坍塌产生的条件是原子核数必须大于临界值Z_c。然而至今，元素周期表上已知的最大原子(Z＝118)也小于该临界值，所以从理论预言之初到现在，也无法在任何已知的原子中观测到这一现象。虽然曾尝试通过高能碰撞短暂获得一个超临界值的原子核，并观测到了正电子激发，但是这些结果仍不是对原子坍塌现象的直接证明，并且这类实验是一种高能实验，实验要求高且不易重复。因此本发明的主要目的是找到一种能在一般原子中即可观测到原子坍塌现象的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种观测原子坍塌现象的方法。借助石墨烯具有较大的有效精细结构常数的特点，利用石墨烯内的缺陷带有一个单位的电荷量作为人工原子核，构建双缺陷体系以观测原子坍塌的现象；同时考虑磁场作用下，朗道能级分裂与原子坍塌态的相互作用。

第一方面，本发明提供一种石墨烯平面在低能量范围内的原子坍塌态观测方法，其步骤如下：

步骤一、获取石墨烯平面。石墨烯平面上间隔设置有两个缺陷原子。

步骤二、通过放置STM(扫描隧道显微镜)探针于缺陷原子上方，调整缺陷原子处所带电荷量的大小。

步骤三、检测六边形石墨烯平面的态密度分布，检测原子坍塌态的产生。

作为优选，步骤一中所述的石墨烯平面为边长200nm的六边形石墨烯平面。

作为优选，所述六边形石墨烯平面每条边的边缘碳原子排布均呈扶手椅型结构。

作为优选，两个缺陷原子对中设置在六边形石墨烯平面中心位置的两侧。

作为优选，两个缺陷原子的间距为5nm。

作为优选，步骤二中，STM探针将缺陷原子的电荷调整至大于0.5。

作为优选，步骤三中，通过态密度分布图上是否出现谐振峰来判断原子坍塌态的出现。

本发明的有益效果是：

本发明在边缘碳原子排布呈扶手椅型结构的六边形石墨烯平面上进行态密度分布检测；当原子缺陷上电荷达到0.5时，通过态密度分布图即可观测到原子坍塌现象，相比于理论上预测的临近电荷137，本发明大大简化了观测原子坍塌现象的难度。

附图说明

图1是本发明的六边形石墨烯结构平面图。

图2是本发明的六边形石墨烯平面边缘碳原子排布结构图。