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據(jù)外媒報(bào)道，來自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員創(chuàng)造了一種完全由電子組成的晶體。這些結(jié)構(gòu)雖然已經(jīng)理論化有幾十年時(shí)間，但這標(biāo)志著它們首次在實(shí)驗(yàn)室里被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。通常情況下，電子的行為或多或少像液體，在物質(zhì)中自由流動(dòng)。
但在1934年，理論物理學(xué)家尤金·維格納預(yù)言，一組電子可以在特定條件下結(jié)晶成固體形式并形成現(xiàn)在被稱為維格納晶體的一種相。
要做到這一點(diǎn)，需要在影響電子的兩種力之間找到恰當(dāng)?shù)钠胶猓核鼈兊撵o電斥力和它們的運(yùn)動(dòng)能量。后者是更強(qiáng)大的效應(yīng)，它會(huì)導(dǎo)致電子隨機(jī)地四處彈跳，但維格納提出，如果這種效應(yīng)能被足夠地減弱那么斥力就會(huì)取而代之并將電子鎖定在一個(gè)統(tǒng)一的晶格中。
但事實(shí)證明，這比聽起來要棘手得多。電子密度需要降低到某個(gè)點(diǎn)以上，它們需要被限制在一個(gè)“陷阱”中且要被冷卻到幾乎絕對(duì)零度從而減少外界對(duì)它們運(yùn)動(dòng)的影響。
現(xiàn)在，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家們已經(jīng)滿足了所有這些要求來制造維格納晶體。為了限制電子，他們使用了一層單原子厚的二硒化鉬，以此有效地將電子的運(yùn)動(dòng)限制在二維范圍內(nèi)。為了控制這種半導(dǎo)體中電子的數(shù)量，該團(tuán)隊(duì)將這種材料夾在兩個(gè)石墨烯電極之間并施加一個(gè)電壓。最后，整個(gè)系統(tǒng)被冷卻到接近絕對(duì)零度。
果然，一個(gè)維格納晶體出現(xiàn)了。但是觀察它完全是另一個(gè)挑戰(zhàn)--因?yàn)殡娮又g的距離是如此之小，大概只要20納米，以至于顯微鏡都看不到。
以前試圖制造維格納晶體的研究必須依靠間接的方法來檢測(cè)它們，如電流的變化。然而在這項(xiàng)新研究中，研究小組使用了一種新方法。他們以特定的頻率將光照射到這種材料上從而激發(fā)半導(dǎo)體中所謂的“激子”，這些激子會(huì)將光反射回來。如果存在維格納晶體，那么激子將光反射回來時(shí)應(yīng)該是靜止的。
“由哈佛大學(xué)的Eugene Demler領(lǐng)導(dǎo)的一組理論物理學(xué)家今年將前往ETH，他們已經(jīng)從理論上計(jì)算了該效應(yīng)如何在觀察到的激子激發(fā)頻率中顯示出來--這正是我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中觀察到的，”這項(xiàng)研究的論文首席作者Ataç Imamo?lu說道。
(原標(biāo)題：科學(xué)家們首次在實(shí)驗(yàn)室里創(chuàng)造出電子的固態(tài)晶體形式)
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