作者:苏黎世联邦理工学院奥利弗·莫什 扭曲夹层材料切片中的电子(绿色)
材料的性质可以用激光激发的电子(黑色/红色)来研究
信用:苏黎世联邦理工学院/余亚岛崎 在一种由两层相对轻微扭曲的薄晶体层组成的材料中，联邦理工学院的研究人员研究了强相互作用电子的行为
通过这样做，他们发现了许多令人惊讶的特性
许多现代技术都是基于特殊的材料，比如对计算机很重要的半导体，电子可以在其中自由移动
这些电子到底有多自由是由它们的量子特性和材料的晶体结构决定的
大多数时候，它们彼此独立移动
然而，在某些条件下，电子之间的强相互作用会产生特殊的现象
超导体是一个众所周知的例子，在超导体中，电子成对无电阻地传导电流
在苏黎世的量子电子研究所，联邦理工学院教授阿塔·伊玛目·卢研究具有强相互作用电子的材料
他想更好地理解这些材料中电子的行为，并寻找对未来应用可能感兴趣的意想不到的特性
正如他们在科学杂志《自然》上报道的那样，在一种“扭曲”的材料中，他和他的合作者现在对电子的行为有了一些惊人的发现
晶体中的云纹图案 为了以可控的方式在电子之间产生强相互作用，伊玛目卢的研究小组使用了由一层只有一个原子厚的二硒钼晶体制成的薄片
这种薄片也被称为二维材料，因为其中的电子只能在一个平面内自由移动
仅这一特性就已经带来了许多令人惊讶的特性，比如在石墨烯中观察到的那些特性，石墨烯也属于二维材料的范畴
然而，当两个这样的切片放在一起，它们的晶体方向稍微扭曲时，事情就变得更加有趣了
这导致了电视上的一个众所周知的效果:如果有人戴着格子或条纹织物制成的领带或连衣裙，屏幕上有时会出现奇怪的图案
这些也被称为云纹图案
类似的事情也发生在伊玛目卢的材料中
两片之间的扭曲产生了一种云纹晶格，相当于一种虚构的晶体，原子之间的距离比平时更远
这种晶体对电子运动的影响要小得多，这意味着相比之下，电子之间的相互作用变得更加重要
两个格子叠放在一起的莫尔效应
晶格之间的轻微扭曲会导致较粗糙的云纹图案，并带有较远的晶格点(亮区和暗区)
信用:苏黎世联邦理工学院/余亚岛崎 令人惊讶的特性 “认为‘越多越好’，我们还在二硒钼片之间插入了一层不同材料的薄层，”伊玛目卢小组的首席博士后余亚·岛崎说
这一片氮化硼确保了，尽管这两个扭曲的切片彼此非常接近，但电子不能在它们之间来回隧穿
通过对材料施加电压，人们可以精确地控制材料中有多少电子
最后，为了找出电子是如何在这种夹层材料中运动的，研究人员用激光照射它，从而激发电子
“我们的材料允许我们用光学手段来研究电子，”伊玛莫格鲁解释道
“这是相对于石墨烯等其他二维材料的一大优势
从受激电子发出的光信号中，可以推断出电子的许多令人困惑的性质
最让物理学家惊讶的是他们的材料的行为，当它包含的电子和两片云纹图案中的晶格位置一样多时
在这种情况下，所谓的莫特绝缘体状态，其中正好一个电子占据一个晶格位置，出现在两个切片中
这种状态相当特殊，因为莫特绝缘体状态彼此稳定，即使强的外部电场也不能移动它们，因此没有电流流动
“这是第一次观察到这样的行为，”伊玛目卢说
未来研究的理想材料 新材料为一系列令人兴奋的进一步研究铺平了道路
它非常适合带有强相互作用电子的受控实验
研究人员可以通过氮化硼层和二硒钼切片之间的角度来改变材料的性质和相互作用的强度
这使得他们能够研究在其他材料中难以实现的复杂物理过程
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