物理學家在實驗室里制造出86年前預言的電子晶體

1934年,E.P .維格納對電子氣進行了計算,表明當電荷密度很低時,晶格分布比均勻分布具有更低的能量,因此預言了電子晶體可以在低溫低密度下出現,然后人們常常稱這種晶體為維格納晶體或維格納晶格。

然而,說起來容易做起來難,保持電子設備不動非常困難。盡管如此,物理學家現在已經實現了這個目標:——,固定一對二維半導體鎢層之間的不安分的小東西。

傳統晶體(如DIA或應時)是由三維重復網格結構的原子晶格形成的。根據維格納的想法,電子可以以類似的方式排列成固相,但前提是電子是固定的,

如果電子的密度足夠低,電子之間的庫侖排斥就會轉化為勢能,結果電子就靜止了,但這就是難點。

康奈爾大學部的物理學家麥克金輝說:“電子學遵循量子力學。如果你什么都不做,它會自發振蕩。電子晶體往往會很快熔化,”

因此,制作維格納晶體的方法取決于某種電子陷阱,如強磁場或單電子晶體管,但直到現在,完全結晶仍是物理學家力所不及的。2018年,在麻省理工學院嘗試制作絕緣體的科學家可能意外獲得了維格納晶體,但他們的研究結果仍有許多疑點,

麻省理工學院的電子陷阱是一種被稱為莫爾超晶格的石墨烯結構,其中兩個二維網格以微小的角度偏轉,然后相互重疊,出現大的規則圖案。

現在,以物理學家楊旭為首的康奈爾團隊創造了一種更有針對性的摩爾超晶格方法,它采用了兩種半導體層,即哥倫比亞大學部專門制造的二硫化鎢(WS2)和二硒鎢(WS2)。

下一步是將電子小心地放置在晶格中的特定位置,利用計算方法確定不同的電子排列,保證形成晶體的占有率。

最后一個挑戰是如何觀察實驗結果,

電子晶體非常脆弱,所以需要一種不會干擾其穩定性的檢測方法,

六方氮化硼絕緣層解決了這個問題,光學傳感器放置在離樣品很近的地方(但不接觸),只有一納米遠,由氮化硼層隔開,因此,可以防止傳感器和樣本之間的電耦合,同時,可以保持足夠的接近度以實現高檢測靈敏度。

因此,我們可以確認電子排列在各種晶體結構中,包括三角維格納晶體、條紋相和二聚體,

這一成果不僅影響了電子晶體的研究,也證明了莫爾超晶格在量子物理研究中尚未開發的潛力。

研究發表于《自然》,

物理學家創造了一種長期假設的電子晶體

*我以前獲得過二維電子晶格,但從未獲得過三維晶格。這一次,可以合理的說,兩個二維網格重疊后,電子嵌入到那些網格中,所以上下有兩層,所以是三維結構。

2 条回复 A文章作者 M管理員
  1. 很奇怪,明明我每個字都認識。。。

  2. 對電子的干擾就只有電耦合么?
    以電子的程度,光子也是干擾。
    不過觀察電子好像從來不是用反射光,而是運動電子在遇到某些均勻散布的物體時激發出的光現象,類似云室。
    所以這個光傳感器是什么意思?
    打算和看細胞一樣看電子?