在自然界中，当两个相同的原子相距较远时，它们保持孤立的原子状态；当二者距离较近时，它们可以结合形成分子。从原子耦合到分子这一过程非常迅速，这使得控制原子间距研究从原子到分子的演化过程异常困难。早期对传统半导体量子点的研究中，研究人员发现量子点可以被当作人造原子：量子点可以将电子限制在离散的能级上，类似于原子中原子核限制核外电子[1]。因此，当两个量子点彼此靠近时，它们各自的能级可以线性耦合，形成类似于分子中的成键态和反键态。基于此，两个耦合的量子点也被称为人工分子[2]。这些结果意味着量子点为模拟分子物理提供了一个独特的平台。近年来，研究人员发展了许多方法来构筑传统半导体量子点，并对其准粒子的受限进行了深入研究，实现了从人工原子到人工分子的转变[3，4]，但对这一演化过程的系统实验研究还未开展，对于具有相对论性的人工原子到人工分子的演化规律研究更是缺失。最近，北京师范大学何林教授课题组和北京大学的孙庆丰教授课题组合作，通过扫描隧道显微镜（STM）的针尖操纵技术，实现了在纳米级精度上连续调节两个石墨烯/硒化钨异质结量子点（GQDs）之间的距离，从而系统的研究了从相对论性人工原子到相对论性人工分子的耦合过程[5]。
参考文献：
[1] Ashoori, R. C. Electrons in artificial atoms. Nature 379, 413–419 (1996).
[2] Fu, Z.-Q. et al. Relativistic artificial molecules realized by two coupled graphene quantum dots. Nano Lett. 20, 6738–6743 (2020).
[3] Fölsch, S., Martínez-Blanco, J., Yang, J., Kanisawa, K. & Erwin, S. C. Quantum dots with single-atom precision. Nat. Nanotechnol. 9, 505–508 (2014).
[4] Sierda, E. et al. Quantum simulator to emulate lower-dimensional molecular structure. Science 380, 1048-1052 (2023).
[5] Zhou, X.-F., Zhuang, Y.-C., Zhang, M.-H., Sheng, H., Sun, Q.-F., He, L. Relativistic artificial molecule of two coupled graphene quantum dots at tunable distances. Nat. Commun. 15, 8786 (2024).
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