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美国科研团队制造出完全由电子构成的物质 长这样(图)

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发表于 2021-10-12 08:23:33 | 显示全部楼层 |阅读模式
大纪元

  
  维格纳晶体(Wigner crystal)是一种完全由电子构成的奇异物质,一位理论学家最早在90年前提出它的存在。现在,一个研究组宣布造出了这种晶体,并第一次拍摄下了照片。



  扫描隧道显微镜观测微观粒子示意图

  这项研究的主要作者之一加利福尼亚大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的物理学家王峰(Feng Wang,音译)说,在此之前其它研究也宣称造出过维格纳晶体,但是,他们的研究第一次拿出照片作为证据。

  研究组设计了一种半导体设备产生维格纳晶体。这个设备包含两个特性相似的半导体原子薄层:二硫化钨和二硒化钨,再用电场调整在两个薄层之间自由移动的电子的密度。

  在普通的材料内,电子移动的速度太快,所以受到电子之间负电荷排斥力的影响不大。理论物理学家尤金·维格纳(Eugene Wigner)以前预测说,如果电子移动的速度放慢到一定程度,排斥力的影响将主导电子的行为,电子将自动找到一种使它们总体能量保持最低的排列方式稳定下来,比如排成蜂窝状。



  王峰和同事把它们造出的设备冷却到接近绝对零度的水平,的确在两层材料的中间出现了蜂窝状的维格纳晶体。

  研究介绍说,他们想到使用扫描隧道显微镜(STM)拍摄形成的维格纳晶体。这种设备的金属探头在被成像物体表面移动的时候,电压引起电子离开探头产生电流。随着探头在物体表面的移动,电流强度的变化反映出物体表面电子所在的位置。

  但是他们第一次尝试失败了,因为显微镜探头的电流破坏了脆弱的维格纳晶体。他们想到另一个办法,在维格纳晶体的表面垫上一层只有单层原子薄的石墨烯薄片。维格纳晶体一旦出现,会轻微改变石墨烯材料内电子的结构,而显微镜能够探查到这种变化。

  他们最终拍摄的照片清晰地展示了维格纳晶体的形态,证实了它里面有序的晶格结构。研究还发现,正如预料的那样,维格纳晶体里面电子间的距离是半导体材料内原子之间距离的近百倍。

  这份研究9月29日发表于《自然》(Nature)期刊。
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