雷根斯堡大学 信用:Pixabay/CC0公共域 雷根斯堡和马尔堡的物理学家通过简单地用一种具有手工挑选的晶格动力学的晶体覆盖一个原子般薄的固体，定制了电子之间的相互作用
一立方厘米的固体中，通常有1023个电子
在这个巨大的多体系统中，看似简单的成对电子-电子相互作用可以导致极其复杂的关联和奇异的行为，例如超导
这种量子现象把固体变成了完美的导体，携带着无耗散的电流
通常，这种行为是特定固体的正常特征
然而，原子薄层材料的发现，如石墨烯——一层石墨——或过渡金属二硫化物(TMDCs)，开启了一个新的创造性实验室，以定制电子-电子相互作用和形状相变
例如，通过以特定角度堆叠石墨烯层，可以产生超导行为
然而，理论也预测到，将电子与称为声子的晶格量子化振动耦合，可能会严重影响电子相互作用的方式
由鲁珀特·休伯领导的雷根斯堡物理学家与马尔堡菲利普大学的艾露敏·苹果酸小组合作，现在提出了一个新的想法，通过耦合到相邻层的极性晶格振动来微调电子之间的相互作用
这种情况可以通过简单地用石膏覆盖TMDC单层来实现，石膏是石膏模型中常用的材料
为了测量电子和声子之间的耦合强度，物理学家首先用超短激光脉冲激发半导体TMDC单层中的电子，在它们原来的位置留下相应的空穴
电子和空穴携带相反的电荷，因此通过它们的库仑引力相互结合——就像电子结合到氢原子的原子核上一样——形成所谓的激子
通过观察它们的类原子能量结构和随后的红外超短光脉冲，可以校准两个粒子之间的相互作用
令人惊讶的发现是，一旦TMDC层被一层薄薄的石膏覆盖，激子的结构就会发生实质性的改变
该研究的第一作者菲利普·梅尔克尔说:“石膏层的空间邻近足以将激子的内部结构与石膏的极性晶格振动强耦合起来。”
尽管这种耦合机制将不同原子薄层中的电子和声子连接起来，但它们的相互作用如此强烈，以至于它们基本上合并成新的混合粒子
一旦研究人员发现了它，他们就开始玩这种新的量子效应:通过在TMDC和gy psum之间放置一个本质上惰性的第三原子薄层作为间隔物，他们成功地以原子精度调整了电子和声子之间的空间距离
“这个策略允许我们以更高的精度微调耦合强度，”相应的作者Dr
邱克勇补充道
“这些发现可能会为定制二维材料中的电子关联开辟新的途径
在未来，这可以实现人工堆叠异质结构中的人工相变和新的物理量子特性，这可以在未来的无损电子和量子信息器件中找到应用
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