構建「陷阱」，製造電子晶體

2020-11-13 科學大觀園雜誌


研究人員通過疊合二維半導體層製造了「電子陷阱」。

就像擺拍全家福時不安分的孩子一樣，電子也不會在特定位置長時間停留。《自然》雜誌當地時間11月11日發文稱，美國康奈爾大學領導的研究團隊將二維半導體疊合在一起，創造了莫爾超晶格結構。這種結構將電子困在重複模式中，最終形成了Wigner晶體。

理論物理學家Eugene Wigner在1934年首次預測了「電子晶體」的存在。他提出，由帶負電荷的電子產生的斥力（庫倫斥力）支配電子動能時，晶體得以形成。不過，完全的電子晶體仍然難以「觸及」。

「電子運動符合量子力學規律。即使你沒有對它們做任何事，電子也會一直自發地急速運動。」研究人員Kin Fai Mak說，「電子晶體實際上有融化趨勢，因為電子很難以周期模式保持固定。」

研究人員將二硫化鎢和二硫化硒半導體單層膜疊加，構建了一個真正的「電子陷阱」。每一半導體單層膜的晶格常數略有不同，當它們配對時，就會形成莫爾超晶格結構。

隨後，研究人員將電子導入重複網格的特定位點。與早期結果一致，兩個位點的能量勢壘將電子鎖定在了合適位置。

Mak說：「我們能夠在特定莫爾區域控制電子的平均佔用率。」

鑑於莫爾超晶格的複雜模式、電子的敏感特性以及具體的電子排列，研究人員向物理學教授Veit Elser尋求了幫助。他通過計算佔用比例，確定了何種電子排列會誘導自晶化。然而，Wigner晶體研究面臨的挑戰不僅在於如何創造它們，還在於怎樣觀察它們。

Mak說：「它們非常脆弱，我們必須想出一個好辦法對電子晶體進行觀測——觀測過程中不能有其他幹擾。」

為此，Mak等設計了一種新型光學傳感技術：將光學傳感器布置在樣品附近，整個結構被夾持在六方氮化硼絕緣層之中。傳感器與樣品之間的距離約2納米，因此系統不會受到幹擾。利用這一技術，研究人員能夠觀察到多種具有不同晶體對稱性的電子晶體（包括Wigner晶體）。

原創編譯：德克斯特 審稿：西莫 責編：陳之涵

期刊來源：《自然》

期刊編號：0028-0836

原文連結：https://phys.org/news/2020-11-electrons-elusive-crystal.html

版權聲明：本文為原創編譯，中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準。轉載請註明來源。

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