论文概要
原子内轨道杂化和原子间键形成是真实原子凝聚形成物质的两个基本过程。人造原子通过展示可归因于量子限制的离散能级来模拟真实原子。因此，它们为模拟原子内轨道杂化和原子间键形成提供了固态模拟。在各种人造原子中广泛观察到原子间键形成的特征。然而，人工原子中原子内轨道杂化的直接证据仍有待实验证明。这里研究通过改变人造原子的形状来实现人造原子的轨道杂化。约束势的各向异性引起了人造原子内具有不同轨道量子数的准束缚态之间的杂化。在研究的实验中，这些混合轨道在实际空间中直接可视化，并且通过数值计算和解析推导都可以很好地再现。本文的研究为设计无法通过实验在真实原子上获得的人造物质开辟了一条途径。此外，所得结果启发了不同系统中量子态的渐进控制。
图文解析
图1：天然原子和人工原子的轨道杂化。
图2：杂化轨道的实验观察。
图3：杂化态的能量分裂与各向异性的关系。
通讯作者简介
孙庆丰，博士，教授。分别于1995年和2000年在北京大学获得理学学士和博士学位，2000年至2003年在加拿大McGill大学作博士后，2003年至2013年在中科院物理所工作，2013年至今在北京大学物理学院量子中心工作。研究领域是凝聚态理论，主要从事低维体系量子输运理论研究，所涉及的体系有量子点、石墨烯、多体强关联体系和Kondo效应、拓扑体系、Majorana费米子、有机分子体系等。至今已发表SCI论文200多篇，其中Phys.Rev.Lett. 18篇，Phys.Rev.B 130多篇，被SCI引用5000余次，H因子是41。于2002年获全国优秀博士学位论文；2003年入选中科院“百人计划”；2005年获基金委“杰出青年基金”；在拓扑绝缘体方面参加的工作获2010年“中国科学十大进展”和2011年“中国科学院杰出科技成就奖”；2013年获教育部长江特聘教授；2015年获华人物理学会亚洲杰出成就奖；2017年国家重点研发项目首席科学家；2017年万人计划创新领军人才；2019年主持基金委创新群体；2019年获周培源物理奖。
何林，2009年7月于北京大学物理学院获得博士学位，博士毕业后一直在北京师范大学物理学系工作,现为教授，博士生导师。何林专注于在石墨烯中实现和调控高能物理预测的新奇物理效应、谷极化态、强关联物态三个方面的研究，取得了一系列有国际影响力的成果。2014年入选国家自然科学基金委优青、万人计划青年拔尖人才，2017年入选教育部青年长江学者支持计划，2024年入选国家自然科学基金委杰青。目前作为项目负责人主持国家自然科学基金委专项项目、杰出青年项目和国家重点研发计划课题等四项国家级课题。在人才培养方面取得了突出成绩，入选教育部拔尖计划十周年优秀导师奖和北京市优秀博士/本科学位论文指导教师等。共发表高水平研究论文超高150篇，过去5年，作为通讯作者发表了近50篇SCI论文，包括12篇Phys.Rev.Lett.、5篇Nat.Commun.、1篇PNAS、1篇ScienceBulletin、5篇NanoLett.、3篇ACSNano、和20余篇Phys.Rev.系列等。相关研究被引用超过五千余次，部分成果入选本领域重要教材。
文献信息
Mao, Y., Ren, HY., Zhou, XF. et al. Orbital hybridization in graphene-based artificial atoms. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08620-z
第一作者：Yue Mao, Hui-Ying Ren, Xiao-Feng Zhou
通讯作者：任雅宁，何林，孙庆丰
通讯单位：北京师范大学，北京大学
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