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发布日期：2024-05-12 03:21 点击次数：178
一种新的奇异物资，再次印证量子力学的神奇。
原子不错酿陋习矩摆设的晶格，从随地可见的金属，到芯片里面的硅，好多固体物资都是原子规矩摆设的居品（晶体）。再向下细分，原子包含带正电的原子核和带负电的电子。那么，有莫得只是由电子规矩摆设产生的晶格呢？
90年前，闻明物理学家尤金·维格纳（Eugene Wigner）在表面上给出了电子晶体的预言。电子之间的相互摈斥会使得它们相互辩认，而一定的电子密度又会隔断它们无收尾地相互辩认。当这么相互冲突的相互作用得到均衡，电子会倾向于摆设成为规定的晶格，以裁减相互作用带来的能量。这种晶格也因而得名“维格纳晶体”（Wigner crystal）。
如今，这一表面预言终于被科学家平直不雅测到。来自普林斯顿大学的商议者在《当然》杂志上发表论文，初度平直拍摄到了维格纳晶格。
一直以来，物理学家英勇尝试将维格纳晶体变为实际。制造维格纳晶体频频需要在极低的温度和低维情况下，因为电子的相互作用在这两种情况下更为显赫。最早的实验不错回首到上世纪70年代的贝尔实验室的使命。商议东谈主员将电子喷射在液氦的名义，使得电子相互辩认，酿成晶格。但这么的电子更接近相互独处的粒子，信得过的维格纳晶体中，扫数的电子应当酿成一个举座，如同浪潮一般集体举止。
之后的几十年中，物理家们作念了一系列探索。比方诓骗半导体将电子的指点局限在二维，用磁场让电子绕圈从而匡助酿成晶体。好多使命都曲折不雅测到了维格纳晶格存在的字据。但东谈主们一直没能给维格纳晶格“拍张像片”，兑现平直不雅测。
为了给这么的亚原子结构“拍照”，商议东谈主员选择了扫描灵活显微镜（STM）这一时间。这种显微镜的基本使命旨趣是，检测探针和样品之间由量子效应产生的极为隐微的电流，从而在扫描后败深刻样品的特征。这一时间不错显著不雅测到原子大小的圭表，期权交易从而使得原子级的“影相”成为可能。
诓骗STM拍下的铁原子在铜名义上摆设成圈，1993年11月Physics Today封面图
在详情了拍摄时间之后，样品的准备亦然一浩劫题。率先样品必须极其干净，莫得杂质。维格纳晶体是只是由电子组成的晶体。扫数电子在量子力学下相互作用，长入动掸。即使是一个杂质粒子的存在，也有可能酿成一个管制电子的陷坑，从而冲破这么的相互作用。
普林斯顿大学的商议东谈主员遴荐了堆叠的双层石墨烯四肢样品，并将其冷却，再施加与样品观点垂直的磁场，从而制造出在二维下指点的电子气体。这么还不错大约变调电子密度。
各样英勇之下，效果让东谈主惊奇。通过灵活扫描显微镜，科学家第一次看到了仅由电子组成的维格纳晶体。由于显微镜的超高区别率，不错详情这其中莫得杂质存在。这些组成晶格的电子规矩摆设成缜密的三角形，在变调电子密度时，三角形的大小也会变化。这进一步详情了，晶格是由电子相互作用酿成，而非受到杂质的影响。
维格纳晶体
科学家还发现，这些本应在晶格中规矩摆设的电子有些暗昧。商议者讲解说这是由于电子的“零点能”——一种由量子力学描绘的系统最拙劣量，与海森堡省略情趣旨趣关联。这么暗昧的电子影像，正讲明了拍摄到的维格纳晶体是由于量子力学效应而酿成的。
维格纳晶体是一种新奇的物相，物理学家的贪图之一即是络续探索这些新奇物相，将其兑现并纪录，吞并不同相之间如何转念，以更好地掌持量子天下。