瑞士巴塞尔大学与德国慕尼黑工业大学的研究团队开发出一种新方法,利用光揭示了“维格纳晶体”中电子的运动。维格纳晶体是物质中一种极为脆弱的量子态,研究团队成功在保持其量子态的同时,探明了晶体内部此前难以触及的性质。
维格纳晶体最早由物理学家尤金·维格纳于1934年预言。它是电子在低密度条件下形成的一种固相,电子会组成规则排列的晶格结构。当电子处于惰性、中和的背景中时,低密度使电子间的势能压过动能,于是电子云倾向于结晶以降低势能。
电子的空间维度决定了晶格形态:三维空间中可形成晶体点阵,二维空间中形成三角形晶格,一维空间中形成均匀间隔的晶格。由于这种晶体并非来自宿主材料的内在结构,因此自预言以来一直令物理学家着迷。
尽管维格纳晶体已被广泛观察到,但研究人员对其内部行为、电子运动、相互作用以及对外界扰动的响应仍然知之甚少。为了破解这一难题,由巴塞尔大学助理教授托马斯·斯莫伦斯基(Tomasz Smoleński)领导的团队改用光来探测晶体。
实验中,团队将单层二硒化钨冷却到接近绝对零度,并用光照射样品。研究显示,光不仅能探测这种脆弱量子态,其光学特征还受电子间相互作用强度的影响。这一发现为探索包含多个相互作用粒子的复杂系统提供了实用路径。
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