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研究人员通过叠合二维半导体层制造了“电子陷阱”。
就像摆拍全家福时不安分的孩子一样，电子也不会在特定位置长时间停留。《自然》杂志当地时间11月11日发文称，美国康奈尔大学领导的研究团队将二维半导体叠合在一起，创造了莫尔超晶格结构。这种结构将电子困在重复模式中，最终形成了Wigner晶体。
理论物理学家Eugene Wigner在1934年首次预测了“电子晶体”的存在。他提出，由带负电荷的电子产生的斥力（库伦斥力）支配电子动能时，晶体得以形成。不过，完全的电子晶体仍然难以“触及”。
“电子运动符合量子力学规律。即使你没有对它们做任何事，电子也会一直自发地急速运动。”研究人员Kin Fai Mak说，“电子晶体实际上有融化趋势，因为电子很难以周期模式保持固定。”
研究人员将二硫化钨和二硫化硒半导体单层膜叠加，构建了一个真正的“电子陷阱”。每一半导体单层膜的晶格常数略有不同，当它们配对时，就会形成莫尔超晶格结构。
随后，研究人员将电子导入重复网格的特定位点。与早期结果一致，两个位点的能量势垒将电子锁定在了合适位置。
Mak说：“我们能够在特定莫尔区域控制电子的平均占用率。”
鉴于莫尔超晶格的复杂模式、电子的敏感特性以及具体的电子排列，研究人员向物理学教授Veit Elser寻求了帮助。他通过计算占用比例，确定了何种电子排列会诱导自晶化。然而，Wigner晶体研究面临的挑战不仅在于如何创造它们，还在于怎样观察它们。
Mak说：“它们非常脆弱，我们必须想出一个好办法对电子晶体进行观测——观测过程中不能有其他干扰。”
为此，Mak等设计了一种新型光学传感技术：将光学传感器布置在样品附近，整个结构被夹持在六方氮化硼绝缘层之中。传感器与样品之间的距离约2纳米，因此系统不会受到干扰。利用这一技术，研究人员能够观察到多种具有不同晶体对称性的电子晶体（包括Wigner晶体）。
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编译：德克斯特 审稿：西莫 责编：陈之涵
期刊来源：《自然》
期刊编号：0028-0836
原文链接：https://phys.org/news/2020-11-electrons-elusive-crystal.html
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