北京
研究表明，光学特征受电子间相互作用强度的影响，这有助于探索具有多个相互作用粒子的系统。
瑞士巴塞尔大学和慕尼黑工业大学的研究人员开发出一种新方法，能够揭示维格纳晶体中电子的运动，这是物质最难以捉摸的态之一。该团队利用光探测到了这种晶体在其脆弱量子态下的性质。
维格纳晶体约在一个世纪前被首次预言，它是电子在低密度下形成的一种固态相，呈现出类似晶体的有序晶格结构。当电子气在惰性、电中性的背景中运动时，由于势能比动能更占主导，低密度下电子倾向于结晶。
根据电子所处的空间维度，它们会以不同方式排列以最小化势能：在三维中形成晶格，在二维中形成三角晶格，在一维中则形成均匀间隔的排列。物理学家尤金·维格纳于1934年预言了这一现象，此后一直吸引着科学家，因为这种晶体并非来自宿主材料的内部结构。
虽然这些晶体已被广泛观察到，但人们对它们内部的行为——运动、相互作用或对外界扰动的响应——知之甚少。因此，由巴塞尔大学助理教授托马什·斯莫伦斯基领导的研究小组，利用光来探测这种晶体。
隐藏的量子行为
研究团队将单层二硒化钨冷却到略高于绝对零度的温度，并用光照射。
“我们的测量表明，光不仅能探测到这种奇异态的存在，还能揭示其内部的行为方式，”在巴塞尔大学进行实验的王陆军解释道。
他们的工作表明，光学特征受到电子间相互作用强度的影响，这对于探索其他具有多个相互作用粒子的系统很有助益。
为了理解他们的发现，研究人员还需要一个关于维格纳晶体内部变化的坚实理论。因此，该团队与慕尼黑工业大学集体量子动力学教授米夏埃尔·克纳普合作，以弄清其中发生的事情。
为其他材料打开新窗口
克纳普及其团队提出的理论认为，入射光产生了激子，激子与维格纳晶体中电子的有序排列相互作用，形成了被称为极化子的杂化准粒子。这些极化子充当了晶体及其集体动力学的光学探针。
“尤其令人兴奋的是，这些信号不仅携带了电子如何排列的信息，还包含了它们的量子动力学信息，”慕尼黑工业大学博士生、克纳普研究团队成员法比安·皮希勒解释道。“这使我们能够将实验观测直接与背后的多体物理联系起来。”
这项研究表明，原子级厚度的材料是观察有序量子态中电子集体运动的理想平台。这为研究其他材料、理解其内部动力学开辟了可能性，即使这些材料可能具有强关联的物态。
该研究成果发表在《自然·物理学》期刊上。
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