三维晶体中首次捕获电子为探究超导性等稀有电子态打开大门

发布时间：2023-11-11 10:31:02 所属栏目：外闻来源：互联网

导读： 　　近日，有报道称美国麻省理工学院的物理学团队成功捕捉到了电子，这一成果出现在了新一期的《自然》上。这是科学家首次在三维（3D）材料中实现电子平带。通过一些化学操作，研究人员还展

　　近日，有报道称美国麻省理工学院的物理学团队成功捕捉到了电子，这一成果出现在了新一期的《自然》上。这是科学家首次在三维（3D）材料中实现电子平带。通过一些化学操作，研究人员还展示了他们可将晶体转变为超导体。这一成果为科学家在3D材料中探索超导性和其他奇异电子态打开了大门。

　　麻省理工学院的物理学家在纯晶体中捕获了电子，这是在三维材料中首次实现电子平带。这种罕见的电子态得益于原子的特殊立方排列。

　　每个电子都有自己的能量。但当一种材料的电子被困在一起时，它们可以进入完全相同的能量状态，仿佛合而为一。这种集体行为在物理学中被称为电子“平带”。科学家预测，当电子处于这种状态时，会受到其他电子量子效应的影响，并以协调的量子方式行动，然后就可能出现超导和独特形式的磁性等奇异行为。

　　由于晶体的简单的原子几何结构，因此实现多重电子的俘获极性的状态实际上是可能的，这种合成晶体的原子排列方式类似于日本编篮艺术“笼目”中的图案。在这种特殊的几何结构中，电子并没有在原子之间跳跃，而是被“关在笼子里”，并稳定地处在相同能带中。

　　研究人员说，这种平带状态几乎可用任何原子组合来实现，只要它们排列在特定的3D“笼目”几何结构中即可。这一结果为科学家探索3D材料中的稀有电子态提供了一种新方法，将这些材料进一步优化，最终有望带来超高效率的输电线、超级计算量子位以及更快、更智能的电子设备。

　　研究人员在实验室用钙和镍合成了一种烧绿石晶体。通过角分辨光电子能谱，他们在大约半小时内测量了合成晶体样品中数千个电子的能量，发现绝大多数晶体中的电子表现出完全相同的能量，证实了3D材料的平带状态。

　　研究人员用铑和钌合成了相同的晶体几何结构，他们计算出，这种化学交换应该会将电子的平带转变为零能量，这种状态会自动导致超导。结果表明，当元素组合略有不同并合成一种新晶体时，在相同的类似笼目的3D几何结构中，晶体的电子显示出平带，并且出现超导状态。研究人员利用这一发现开发了一种新方法，可以通过改变电子的迁移率来控制晶体的形状。

（编辑：应用网_镇江站长网）

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