量子反射

量子反射（Quantum reflection），是描述从引力势反射过来物质波的一种物理现象。在经典物理学中，这种现象是不可能出现的。比如说，当一个磁铁拉着另一个磁铁吸引靠近，并不会其中一个磁铁突然间反转并且对方推走。1

定义量子反射在21世纪成为了物理学的一个重要分支。有一个致力于量子反射的工作组，他们建议量子反射的定义如下：

量子反射是反常态的现象，即微粒子运动方向“反向”于作用在其上的力。这个作用显示了微粒子的波的本质，也同时显示了绝对零度下原子碰撞效果和固体表面原子间的相互影响。

观察量子反射已经成为了一种可能，这源于当今的原子囚禁技术和冷却技术。

慢速原子反射尽管量子物理学的原理适用于所有微粒子，但通常量子反射都是指原子从凝态物质（液体或者固体）表面反射而来。介入原子的全部势能在靠近物质表面很小的距离（以原子级别论）以后会转化成排斥的能量。

应用（1）采用转移矩阵方法（ATMM）得到精确的透射和反射系数，并且把它应用到高于势垒高度的量子反射问题中。通过计算阶跃指数衰减势垒和平方势垒，发现用ATMM得到的结果要比用WKB近似法得到的结果精确。当粒子入射能量高于势垒高度时，ATMM仍然能够精确得到结论；而WKB对此无能为力。计算结果显示反射率是一个渐变过程，说明其中发生了量子反射，而ATMM恰恰可以用来解决这类问题。2

（2）两个独立的科学家小组已经建造了世界上最薄的镜子：二硒化钼（MoSe2）片，每一片都是单原子的。镜子是在哈佛大学，并在苏黎世研究所量子电子同时开发，研究人员说，这些工程专长推动了这个物理世界中可能的极限。尽管接近物体法则下物体可能具有的最小厚度并保持反射，但微小的镜子反射了大量的光线。第一篇论文说，安装在硅基底上的哈佛镜子反射了85%的光线。瑞士研究表示，安装在二氧化硅（一种氧化硅）上的苏黎世反射镜反映了百分之四十一。这两个镜子反射的光线都在780纳米范围内，深红色。MoSe2作为一面镜子，因为电子在围绕原子核时具有非常特定的方式。正如之前在2017年9月发表的一篇论文中所描述的，这种物质往往会在其电子场中形成空隙 - 即电子可以绕轨道运动的区域，而不存在电子。将光子或光粒子粉碎成一个原子，电子就有机会从低能轨道跃迁到高能轨道。一旦发生这种情况，在电子领域形成一个称为“电子空穴”的空隙。当用某些波长的光照射时，围绕MoSe2的电子尤其可能以这种方式表现。电子是带负电的量子物体。原子核中的质子带正电荷。所以，这是棘手的问题，那些电子空穴会从核子中的质子上带走一些正电荷。这使得这些洞的行为有点像粒子，尽管它们确实没有粒子。在附近，负电荷的电子吸引那些假颗粒，并且在某些情况下，与它们配对形成称为激子的奇怪的量子力学对象。那些激子发出自己的光线，干扰入射的光线，并将其发回，就像浴室里的镜子一样。这些超薄镜子具有很多现实世界的潜力。光电工程师 - 从事微型光学芯片，光纤网络和其他依靠严格控制小光子束的设备的工作人员，即使是普通的只有一个原子宽的反射镜，也能从中受益。

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所