加州大学河滨分校 由两个蜂窝状网格形成云纹图案
学分:加州大学河滨分校微波纳米电子实验室
具有过量电子的材料通常是导体
然而，加州大学河滨分校的物理学家领导的一项研究发现，云纹图案——当一个具有重复图案的物体放在另一个具有类似图案的物体上时，通常会出现干涉图案——会抑制电导率
在实验室中，研究人员将单层二硫化钨(WS2)覆盖在单层二硒化钨(WS2)上，并将两层相互对齐，以产生大规模的莫尔图案
WS2和WSe2层中的原子排列成二维蜂窝状网格，其周期性或重复间隔远小于1纳米
但是当两个晶格以0度或60度排列时，复合材料产生具有大约8纳米的大得多的周期性的云纹图案
这个二维系统的电导率取决于莫尔条纹中放置了多少电子
领导该研究小组的加州大学河滨分校物理学和天文学助理教授崔说:“我们发现，当莫尔条纹部分被电子填充时，系统呈现出几个绝缘状态，而不是传统理解中预期的导电状态。”
“填充百分比被发现是简单的分数，如1/2，1/3，1/4，1/6，等等
这种绝缘状态的机制是电子之间的强烈相互作用，这种相互作用限制了移动电子进入局部莫尔条纹单元
这种理解可能有助于开发控制电导率的新方法和发现新的超导体材料
" 研究结果发表在今天的《自然物理》杂志上
在WS2和WS2的复合材料上产生的云纹图案可以想象为具有以类似的蜂窝状图案排列的井和脊
“就晶格尺寸而言，WS2和WSe2有轻微的不匹配，使它们成为产生莫尔条纹的理想材料，”崔说
“此外，电子之间的耦合变得很强，这意味着电子在穿过脊和阱时会‘相互交谈’
" 图为(左)和崔
学分:加州大学河滨分校微波纳米电子实验室
典型地，当少量电子被放置在二维层中，例如WS2或WSe2，它们有足够的能量自由和随机地传播，使系统成为导体
崔的实验室发现，当同时使用WS2和WSe2形成云纹晶格，形成周期性图案时，电子开始减速并相互排斥
该论文的第一作者、崔的微波纳米电子学实验室的博士生说:“电子不想彼此靠近。”
“当电子的数量是这样的，一个电子占据了每一个莫尔六边形，电子就被锁定在原地，不能再自由移动了
该系统就像一个绝缘体
" 崔把这种电子的行为比作大流行期间的社交距离
“如果六边形可以想象成家，那么所有的电子都在室内，每个家一个，并且不会在附近移动，”他说
“如果我们每个六边形没有一个电子，而是有95%的六边形，这意味着附近的一些六边形是空的，那么电子仍然可以在空的细胞中移动一点
这时材料就不是绝缘体了
它的行为像一个不良的导体
" 他的实验室能够微调WS2- WSe2晶格复合物中的电子数量，以改变六边形的平均占有率
他的团队发现，当平均入住率低于1时，就会出现绝缘状态
例如，对于三分之一的占有率，电子占据了每隔一个六边形
崔说:“用社交距离来类比，现在的距离不是6英尺，而是10英尺。”
因此，当一个电子占据一个六边形时，它会迫使所有相邻的六边形都是空的，以符合更严格的社会距离规则
当所有的电子都遵循这一规则时，它们会形成一种新的模式，占据全部六边形的三分之一，在这种情况下，它们又会失去自由移动的能力，从而导致绝缘状态
" 莫尔晶格中不同电子占据水平的占据模式
学分:加州大学河滨分校微波纳米电子实验室
研究表明，类似的行为也可能发生在其他占用分数中，如1/4、1/2和1/6，每个分数对应不同的占用模式
崔解释说，这些绝缘状态是由电子之间的强相互作用引起的
他补充说，这就是库仑排斥，两个正电荷或两个负电荷之间的排斥力，正如库仑定律所描述的
他补充说，在三维材料中，已知强电子相互作用会产生各种奇异的电子相
例如，它们可能有助于非传统高温超导性的形成
“我们仍然没有答案的问题是，我们在实验中使用的二维结构是否能产生高温超导性，”崔说
接下来，他的团队将致力于表征电子相互作用的强度
“电子的相互作用强度很大程度上决定了系统的绝缘状态，”崔说
“我们也对能够控制电子相互作用的强度感兴趣
"
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