近日，南方科技大學材料科學與工程系(簡稱「材料系」)講席教授項曉東課題組與上海交通大學、中國科學技術大學等單位合作，在量子弛豫時間的研究方向取得新進展，相關成果以「A Direct Measurement Method of Quantum Relaxation Time」為題發表在我國頂級英文科學期刊《國家科學評論》 (National Science Review)。
導電電子的量子弛豫時間(τ)是決定金屬導電率和半導體遷移率，超導體的贗能隙和臨界溫度以及自旋量子計算關鍵材料的基本參數。準確表徵電子的量子弛豫時間及各種不同相互作用對其影響的機理，對於更好地理解凝聚態物理前沿問題，如強關聯相互作用、弱局域化效應，拓撲材料和自旋量子材料，以及設計和製備下一代電子學器件，都具有重要意義。
然而，量子弛豫時間τ的直接測量一直無法實現。傳統上只能利用電接觸法來首先確定載流子遷移率(μ)，再利用極低溫磁振蕩實驗獲得有效質量(m*)，進而通過公式τ=μm* / e間接確定靜態場下的τ。到目前為止，直接測量量子弛豫時間τ，一直是物理學家追求的目標。
100多年前，由Paul Drude提出的自由電子與光場耦合振蕩模型(Drude model)，為光學直接測量導電電子的量子弛豫時間提供了理論基礎。然而長期以來，該模型與實驗數據存在量級偏差，因而一直無法直接用來確定材料的量子弛豫時間。傳統凝聚態物理一般認為量子弛豫時間由電子-電子、電子-聲子、電子-雜質三種散射機制共同決定。項曉東團隊通過原始創新的理論模型和方法，發現了一種全新的電子散射機制-束縛電子的非彈性散射，從而解決了Drude模型無法確定量子弛豫時間的百年難題，成功地從等離子體共振峰寬度中提取出傳導電子的量子弛豫時間等輸運參數。
20世紀90年代，項曉東發明的材料晶片技術(X.-D. Xiang, et al., Science, 268,1738:1995)，開啟了以高通量製備、表徵和計算為基礎的材料基因工程的序幕。目前，雖然高通量製備技術已日臻成熟，然而無損、原位、微區的高通量電-熱-磁-力多參量光學表徵技術的缺失成為材料大數據匱乏的源頭。該研究不僅突破了基於遠場光學的高通量電學表徵瓶頸，也為材料的熱、電、磁、力多參數快速表徵奠定了基礎，將進一步推動材料科學邁入以大數據為基礎的科學第四範式。
南方科技大學為論文第一通訊單位。南方科技大學材料系研究助理教授張鵬、研究助理教授唐浩奇、南科大與中科大聯合培養博士後顧川川為論文的並列第一作者，項曉東和上海交通大學講席教授汪洪為共同通訊作者。論文作者還包括南方科技大學材料系助理教授羅光富、中國科學技術大學陸亞林教授。該研究工作得到了國家重點研發計劃、南方科技大學高水平專項等項目的支持，計算資源得到了南方科技大學計算科學與工程中心的支持。
論文連結：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa242