科学家理论上证明石墨烯薄片能生成黑洞的量子全息图

▲应用磁场B中假设的石墨烯薄片装置，它形成了一个(0+1)维系统，相当于(1+1)维时空中的黑洞。

美国物理学网7月25日报道，据《物理评论快报》（Physical Review Letters）7月18日刊发的一篇关于石墨烯量子全息图的研究论文称，以安夫尼•陈（Anffany Chen）为首的一组来自加拿大、以色列、英国和美国的物理学家们，已经在理论上证明：当磁场应用作用于一块不规则形状的微型石墨烯薄片时，薄片就会生成为一个黑洞的量子全息图，这意味着石墨烯薄片在一个更小、更低维度的系统中可以重建黑洞的空间结构和特征。

加拿大英属哥伦比亚大学（University of British Columbia）的物理学教授马塞尔•弗朗茨（Marcel Franz）在接受美国物理学网采访时说:“我们证明了一种相当普遍且已被人类研究得很透彻的材料——石墨烯——在一定条件下可以展现出一种新颖而令人兴奋的特性：一块纳米大小、拥有不规则边界的石墨烯薄片在外加磁场的作用下，上面的电子可以实现所谓的Sachdev-Ye-Kitaev（SYK）模型。”

据物理学家解释，SYK模型描述的是一种“全息二元性”，即一个高维系统（如（1+1）维时空中的黑洞)可以用一个低维系统（如石墨烯中占据(0+1)维时空的电子)来代表描述。SYK模型所描述的“全息二象性”类型特别有趣，因为它展示了一些黑洞典型的特征，如非零剩余熵和量子混沌传播，它由此也可能助力科学家解答关于量子力学和引力之间相互联系的基本问题。弗朗茨指出：“如今，SYK模型引起了物理学家的极大兴趣，他们认为这个模型中包含了对量子黑洞的全息描述。现代物理学中一些最高深莫测的奥秘存在于爱因斯坦的广义相对论（一套描述时空、引力和黑洞的理论）和量子力学（一种描述微观现象、电子和原子的理论）两个领域的接壤边界。因此，对SYK模型更好的理解可能会有助于了解和回答某些基本的问题。”

不像之前计划用来展示SYK模型的其他系统，石墨烯的新量子相位不需要任何先进的装配制造技术，利用现有的技术就能实现，其主要技术要求是石墨烯薄片必须具有高度不规则的边界和干净的内部空间，从而让电子波函数具有随机的空间结构，为实现黑洞的全息图提供了必要的条件。弗朗茨介绍道：“我们目前正在试图研究搞清石墨烯薄片在SYK体系中的传输特性。更宏观的目标是，我们希望我们的理论成果，能激励实验主义者研究制造出对于生成SYK物理特性所必需的石墨烯薄片，而我们将准备好为任何此类努力提供理论支持。”

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编译：朱明逸 审稿：三水 责编：张梦

来源：https://phys.org/news/2018-07-holographic-image-black-hole-graphene.html

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