『物理』一个偶然的机会，物理学家发现了物质新状态
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研究人员Arun Bansil（左）和Swastik Kar在偶然间发现了一种操控电荷的新方法 。
人类对电荷的研究已经超过千年 。 这些研究成果塑造了人类的现代文明 。 《纳米尺度》杂志报道 ， 美国东北大学的物理学家发现了一种操纵电荷的新方法 。 这有可能对未来技术的发展产生巨大影响 。 物理学副教授Swastik Kar说：“新发现有可能会改变科学家检测、传输 ， 以及存储信号、信息的方式 。 ”
电子的移动、操控和存储是大多数现代技术的关键 。 在Kar等的实验中 ， 研究人员让电子做了一些全新的事情——均匀分布成固定的晶体结构 。 Kar解释说：“这几乎可以称作物质的新相态 ， 它完全是由电子组成的 。 ”
研究人员在进行二维晶体材料实验时 ， 偶然发现了这种“新相态” 。 二维晶体材料是由重复的原子图案构成的 ， 它就像一个超薄的无边界棋盘 ， “电子棋子”只能在棋盘中移动 。 受量子水平相互作用的影响 ， 超薄二维材料的叠加会产生异乎寻常的效果 。
【『物理』一个偶然的机会，物理学家发现了物质新状态】Kar等在研究硒化铋和过渡金属硫族化合物的叠加效果时 ， 有了意外的发现：本应相互排斥的电子 ， 形成了固定斑图 。 Kar说：“在材料中好像形成了一种共享电子的方式 ， 并最终形成了几何周期的晶格 。 ”
由于二维材料的晶体结构尺寸太小 ， 无法直接观察 ， 研究人员使用特殊的显微镜向其发射了电子束 。 电子通过叠层材料时 ， 相互作用形成了一种斑图 ， 特定斑图可以用于重构二维材料的形状 。 当结果显示出第三层图斑不可能来自另外两层时 ， Kar认为是材料的制造或者测量过程出了问题——他们此前曾在极低温度下观测到过类似现象 。 然而 ， 这次的观测是在室温下进行的 。 Kar说：“苹果树上可能结出芒果吗？我们觉得肯定有地方不对劲了 。 ”
在博士生Zachariah Hennighausen的带领下 ， 研究人员反复进行了多次测试实验 ， 然而结果仍然是相同的：二维材料层间出现了新的晶格状电斑 ， 并且斑图会随着夹层方向的改变而产生变化 。
在Kar团队进行实验研究时 ， 物理学教授Arun Bansil和博士生Chistopher Lane对“意外斑图”进行了理论研究 。 Bansil解释道 ， 当电子被带正电荷的原子核吸引 ， 被带负电荷的电子排斥时 ， 会不停地弹来弹去 。 但在Kar团队的实验中 ， 电荷独特的排列方式将电子聚集成了特定斑图 。 这是量子力学和物理因素共同作用的结果 。
虽然研究人员对这一现象的认识还处于初级阶段 ， 但它很有可能影响电子、传感、探测和信息处理系统的未来发展进程 。
原创编译：雷鑫宇 审稿：阿淼 责编：唐林芳
期刊来源：《纳米尺度》
期刊编号：2040-3364
原文链接：https://phys.org/news/2020-02-physicists-accidentally-state.html
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