當(dāng)材料中的電子數(shù)量與主晶格位置相匹配時(shí)，電子之間的強(qiáng)烈相互作用會(huì)使它們排列成有序的圖案，形成所謂的電子晶體。這種現(xiàn)象非常有趣，因?yàn)殡娮娱_始集體行動(dòng)，這對(duì)量子模擬很有用。
如果電子及其正電子對(duì)應(yīng)物(稱為空穴)共存于一個(gè)系統(tǒng)中，它們可以創(chuàng)建具有無與倫比特性的更加奇特的量子態(tài)，例如特殊類型的逆流超流體，其中電子空穴以相反的方向流動(dòng)而沒有阻力和能量耗散。
然而，讓電子和空穴晶體保持在一起而不讓它們快速復(fù)合是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。為了解決這個(gè)問題，科學(xué)家經(jīng)常將它們分離成不同的層或宿主。
雖然這種方法已經(jīng)展示了多層結(jié)構(gòu)中的電子空穴狀態(tài)，但在單一天然材料中發(fā)現(xiàn)這些狀態(tài)仍是一個(gè)有爭(zhēng)議的話題。這是因?yàn)闆]有足夠確鑿的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，而且很難找到能夠?qū)㈦娮涌昭ňw保持在一起而不會(huì)相互抵消的奇異量子材料。
為了解決這一問題，新加坡國立大學(xué)的一個(gè)研究小組取得了突破，他們?cè)谝环N由α-氯化釕(III)(α-RuCl 3 )制成的奇異量子材料(稱為莫特絕緣體)中創(chuàng)建并直接可視化電子空穴晶體。
這一發(fā)現(xiàn)為探索由共存電子和空穴實(shí)現(xiàn)的量子激子態(tài)開辟了新的可能性，這可能為包括內(nèi)存計(jì)算和量子計(jì)算在內(nèi)的計(jì)算技術(shù)的新進(jìn)步鋪平道路。
該團(tuán)隊(duì)由新加坡國立大學(xué)化學(xué)系和功能智能材料研究所 (I-FIM) 副教授 Lu Jiong 以及新加坡國立大學(xué) I-FIM 主任 Kostya S. Novoselov 教授領(lǐng)導(dǎo)。該研究于 2024 年 6 月 3 日發(fā)表在《自然材料》雜志上。
創(chuàng)新方法促進(jìn)絕緣體的原子級(jí)成像
這一前所未有的發(fā)現(xiàn)是利用一種名為掃描隧道顯微鏡 (STM) 的技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。
STM 是一種功能強(qiáng)大的工具，它利用量子隧穿效應(yīng)在原子層面上創(chuàng)建實(shí)空間圖像。但它只能研究導(dǎo)電材料，而不能研究絕緣體。
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