螺旋纳米带上的粒子局域化:科里奥利效应的量子类比
该研究团队推导出了被限制在法向和副法向螺旋纳米带表面上的粒子的薛定谔方程,获得了由各自曲面几何结构诱导出的量子势,并研究了两种纳米带中粒子的局域态。当粒子动量满足特定几何条件时,在法向纳米带中粒子会局域在内边缘附近,而在副法向纳米带中则局域在中心螺旋线上。这一结果表明存在推动粒子沿纳米带宽度方向横向运动的赝力。研究人员指出该现象可解释为科里奥利效应的量子类比——在经典力学中,科里奥利效应会导致旋转参考系中运动粒子发生横向偏转。通过适用于局域态的爱伦费斯特定理,团队确定了两种纳米带对应旋转参考系的量子化角速度。若该粒子为电子,其在特定宽度处的局域化会产生横跨纳米带宽度的类霍尔电压差。但与霍尔效应不同,其根源并非外加磁场,而是纳米带的曲面几何结构。当法向螺旋纳米带以周期性方式机械翻转成副法向构型时,会导致电子从内边缘到中心的周期性输运,从而产生量子交流电压。该现象可用于设计纳米尺度机电装置。通过调控螺旋纳米带表面的弯曲与扭曲可实现量子输运操控,这为生物聚合物和纳米技术领域提供了多样化应用前景。
