2026年9月3日——PSI（保罗·谢勒研究所）物理学家Giacomo Sala获得了欧洲研究理事会（ERC）梦寐以求的资助之一——启动资助（Starting Grant）。ERC将在未来五年为Sala的Q-GEOMSPIN项目提供230万欧元（约合220万瑞士法郎）的资金。由于瑞士自2025年底起重新全面参与欧盟研究资助计划，Sala将直接从ERC获得这笔资助。

Sala方法的特别之处在于将两个研究领域——自旋电子学和量子几何——结合成一个新的研究领域。由此获得的洞见长远来看可能为自旋电子数据存储开辟新的可能性。此外，它们还有助于实现少量能量的采集，并开发出新的材料特性。

Q-GEOMSPIN的想法源于Sala学术生涯中的两个阶段。在苏黎世联邦理工学院攻读博士学位期间，他探索了自旋电子学和磁性。后来，在日内瓦大学做博士后研究时，他又转向了量子几何。这两种视角的结合让他想到一个问题：量子几何是否可能产生此前被忽视的自旋电子学效应？“据我所知，到目前为止还没有人在实验中把这两个领域联系起来，”这位来自PSI中子和缪子科学中心的实验物理学家说。

自旋电子学版图上的一处空白

自旋电子学是一个已有30年历史的成熟科学领域。2007年诺贝尔物理学奖授予了该领域的研究，这凸显了其重要性。自旋电子学利用电子的自旋——即电子的固有旋转——来存储信息。

然而近年来，人们逐渐认识到对自旋电子学的理解仍有一个空白：理论物理研究表明，某些自旋电子学现象可以用新兴的量子几何领域来预测、理解和控制。具体而言，这里涉及量子几何的一个子领域：量子度量。

为了说明量子度量的概念，Sala使用了一个类比：引力。引力使地球绕太阳运行。然而，按照Albert Einstein的说法，正确的解释是太阳质量造成的空间弯曲。“电子在固体中运动时也与此类似，”Sala说。由于量子度量的作用，动量空间发生弯曲。电子“感知”到这一点，并相应发生偏转。

凭借新获得的资助，Giacomo Sala将能够聘用两名博士生和一名博士后研究员。他将与这个小团队一起，在Q-GEOMSPIN框架内研究拓扑材料等课题。拓扑材料是一种内部绝缘、表面导电的固体。研究计划中还包括氧化物，以及石墨烯等所谓的二维范德华材料。

同步辐射光与纳米技术：PSI提供所需的基础设施

Sala和他的团队将制造并测量尺寸只有几微米的结构。这些样品将被冷却到接近绝对零度（-273.15摄氏度）。为此，PSI正在用ERC资金购置一台特殊的低温恒温器——一种还能产生强磁场的冷却装置。在其中，电流通过样品，电子的偏转得以测量。研究人员正在专门寻找非线性效应，即电压或磁场的微小变化会导致测量结果发生巨大变化。他们预期这些偏差能为量子几何提供线索。

Sala选择在PSI开展这个项目，很大程度上是看中了这里的战略研究重点和独特的基础设施。PSI不同研究组的多条研究路线汇聚在其新成立的量子物质与材料中心（QMMC）中。Q-GEOMSPIN与这个新的量子研究中心完美契合。

PSI为Sala和他的团队提供了制备和表征材料、制造微型器件以及在低温下开展测量所需的全部设施。除其他资源外，团队将使用瑞士光源SLS，以及由纳米技术研究组管理的新PSI洁净室PICO；PICO非常适合制造这些微小组件。PSI的瑞士散裂中子源SINQ也可能为他们的研究带来一些有价值的契机。

Q-GEOMSPIN最终可能为自旋电子学带来重大突破。迄今为止，除巨磁电阻效应之外，自旋电子学的商业应用一直稀少。巨磁电阻效应发现于20世纪80年代，此后不久就使计算机硬盘的存储密度成倍提高。如今，人们希望看到更高性能的自旋电子存储器（MRAM）或以大脑为运行模式的计算机处理器。即便一些新奇的设想，例如从未被使用的Wi-Fi无线电波中采集能量，也在讨论之列。Giacomo Sala依然很务实：“Q-GEOMSPIN纯粹是基础研究。但这很重要，因为要在此基础上开发应用。”