北京
巴塞尔大学和慕尼黑工业大学的研究人员找到一种新方法，能够窥探物质最难以捉摸的量子态之一——维格纳晶体的内部。在这类晶体中，电子不再像独立粒子那样行动，而是组织成类似晶体的有序图案。通过将一束光照射在冷却到接近绝对零度的单原子层材料上，研究人员捕捉到一系列光学信号，不仅揭示了电子的位置，还展现了它们如何协同运动。
这项成果发表在《自然·物理》期刊上，由巴塞尔大学Tomasz Smoleński教授领导的实验团队完成。
什么是维格纳晶体？当电子被限制在二维平面内，并且相互作用足够强时，它们的行为会与普通电子截然不同。它们不再各自独立移动，而是排列成一种重复的结构，类似普通晶体中原子的有序排列。
这种不寻常的结构被称为维格纳晶体。数十年来，科学家一直对它兴趣浓厚，因为它的晶体结构并非由宿主材料本身的结构决定，而是由电子之间的相互作用自发形成。
虽然研究人员此前已在多种物理系统中探测到维格纳晶体的存在，但探究其中发生的情况要困难得多。电子如何集体运动、如何彼此互动、如何应对外界扰动，这些问题一直难以直接观察。
在新研究中，团队将实验对象锁定为单原子层的二硒化钨，并将其冷却到接近绝对零度，使电子形成维格纳晶体。随后，研究人员用光作为探针，观测这一精细量子态的响应。结果显示，光学信号能够反映出维格纳晶体内部电子的集体动力学——这意味着，科学家第一次有了相对直接的手段去追踪这些电子如何以协调一致的方式运动，而不仅仅是确认它们排列成了晶体结构。
这一方法为探索维格纳晶体内部的电子行为打开了新的窗口。理解这类集体量子运动，不仅有助于基础物理研究，也可能为未来的量子材料设计提供新的思路。
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