人類對電荷的研究已經超過千年。這些研究成果塑造了人類的現代文明。《納米尺度》雜誌報導，美國東北大學的物理學家發現了一種操縱電荷的新方法。這有可能對未來技術的發展產生巨大影響。物理學副教授Swastik Kar說：「新發現有可能會改變科學家檢測、傳輸，以及存儲信號、信息的方式。」
電子的移動、操控和存儲是大多數現代技術的關鍵。在Kar等的實驗中，研究人員讓電子做了一些全新的事情——均勻分布成固定的晶體結構。Kar解釋說：「這幾乎可以稱作物質的新相態，它完全是由電子組成的。」
研究人員在進行二維晶體材料實驗時，偶然發現了這種「新相態」。二維晶體材料是由重複的原子圖案構成的，它就像一個超薄的無邊界棋盤，「電子棋子」只能在棋盤中移動。受量子水平相互作用的影響，超薄二維材料的疊加會產生異乎尋常的效果。
Kar等在研究硒化鉍和過渡金屬硫族化合物的疊加效果時，有了意外的發現：本應相互排斥的電子，形成了固定斑圖。Kar說：「在材料中好像形成了一種共享電子的方式，並最終形成了幾何周期的晶格。」
由於二維材料的晶體結構尺寸太小，無法直接觀察，研究人員使用特殊的顯微鏡向其發射了電子束。電子通過疊層材料時，相互作用形成了一種斑圖，特定斑圖可以用於重構二維材料的形狀。當結果顯示出第三層圖斑不可能來自另外兩層時，Kar認為是材料的製造或者測量過程出了問題——他們此前曾在極低溫度下觀測到過類似現象。然而，這次的觀測是在室溫下進行的。Kar說：「蘋果樹上可能結出芒果嗎？我們覺得肯定有地方不對勁了。」
在博士生Zachariah Hennighausen的帶領下，研究人員反覆進行了多次測試實驗，然而結果仍然是相同的：二維材料層間出現了新的晶格狀電斑，並且斑圖會隨著夾層方向的改變而產生變化。
在Kar團隊進行實驗研究時，物理學教授Arun Bansil和博士生Chistopher Lane對「意外斑圖」進行了理論研究。Bansil解釋道，當電子被帶正電荷的原子核吸引，被帶負電荷的電子排斥時，會不停地彈來彈去。但在Kar團隊的實驗中，電荷獨特的排列方式將電子聚集成了特定斑圖。這是量子力學和物理因素共同作用的結果。
雖然研究人員對這一現象的認識還處於初級階段，但它很有可能影響電子、傳感、探測和信息處理系統的未來發展進程。
原創編譯：雷鑫宇 審稿：阿淼 責編：唐林芳
期刊來源：《納米尺度》
期刊編號：2040-3364
原文連結：https://phys.org/news/2020-02-physicists-accidentally-state.html
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