北京
金属里的电子会结晶，还能像冰化成水一样熔化。密歇根大学工程师的最新发现，可能为类脑计算和超导材料打开新方向。
研究团队首次观察到，多种金属中的电子会形成类晶体图案，这些"电子晶体"可以发生形变并进入熔化状态。论文通讯作者、材料科学与工程副教授Robert Hovden表示："这些量子结构通常被认为高度有序，实际上它们跨越了从有序到无序的连续谱系，这种特性可以被利用来设计和控制材料。"
这项发现的核心在于"电荷密度波"——一种电子周期性聚集形成的波状图案。在导体中，自由电子通常均匀分布；但在特定条件下，它们会聚合成等间距的团簇，形成高低密度交替的周期性结构。这种排列与晶体的原子结构类似，因此被称为"电子晶体"或"晶体中的晶体"。
Hovden团队成功在二维硫化钽薄片中熔化了电荷密度波。虽然未能实现完全液态的电子结构，但他们观察到电子的有序排列消失，进入了类似液体无序状态的中间相。这与超薄晶体熔化时的行为一致：原子间距变得不规则，晶格行发生位错，形成标志性的六边形图案。
精确调控电子晶体结构具有双重应用前景。一方面，超导态常与电荷密度波的缺陷共存，编辑这些结构可能实现对超导体的精准控制。另一方面，电荷密度波会阻断部分导体的电流传导，工程师可借此快速切换金属的导电/绝缘状态——这种切换机制类似于脑细胞的电信号传递，有望推动低能耗、高吞吐的类脑计算发展。
Hovden将这一方向命名为"量子冶金"。传统冶金学通过控制金属中的缺陷来获得特定性能，量子冶金或可采用类似思路，通过调控量子材料中的无序状态来释放其应用潜力。
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