物理学家可能已经发现了新的问题-通过事故

物理学家可能偶然发现了一种新的物质状态。可能性是无止境。

人类研究电荷已有数千年的历史，其结果已塑造了现代文明。我们的日常生活取决于电照明，智能手机，汽车和计算机，这是第一个看到静电冲击或闪电的个人无法想象的方式。

现在，东北大学的物理学家发现了一种控制电荷的新方法。而且，我们技术的未来变化可能是巨大的。

物理学副教授Swastik Kar说：“发现这种现象时，想象力便是极限。”“这可能会改变我们检测和传达信号的方式。它可能会改变我们感知事物和信息存储的方式，以及我们可能尚未想到的可能性。”

无论我们是试图从太阳中获取能量还是在手机上玩植物大战僵尸，移动，操纵和存储电子的能力都是绝大多数现代技术的关键。在纳米尺度上发表的一篇论文中，研究人员描述了一种使电子做全新的事情的方法：将自己均匀地分布成固定的结晶图案。

Kar说：“我很想说这几乎是一个新的阶段。”“因为它纯粹是电子的。”

这种现象在研究人员使用只有几原子厚的晶体材料（称为2D材料）进行实验时出现。这些材料是由重复的原子图案组成的，就像一个无止境的棋盘一样，并且非常薄，以至于其中的电子只能在二维方向上移动。

两位物理学系成员Swastik Kar，副教授Swastik Kar和大学杰出教授Arun Bansil于2017年7月24日在东北大学合影留念。两人最近合着了一篇论文，为凝聚态物理开辟了一个全新的领域。Matthew Modoono /东北大学摄影

堆叠这些超薄材料可能会产生异常效果，因为这些层在量子水平上相互作用。

Kar和他的同事正在研究两种这样的2D材料，即硒化铋和过渡金属二卤化钨，它们像纸一样彼此叠放。那是事情开始变得怪异的时候。

电子应互相排斥，即它们带负电荷，并远离其他带负电荷的事物。但这不是这些层中的电子在做什么。他们正在形成一个固定的模式。

Kar说：“在某些角度下，这些材料似乎形成了一种共享电子的方式，最终形成了这种几何周期性的第三晶格。”“位于两层之间的纯电子水坑的完美可重复阵列。”

最初，Kar认为结果是错误的。2D材料的晶体结构太小而无法直接观察，因此物理学家使用特殊的显微镜发射电子束而不是光。当电子通过材料时，它们相互干扰并形成图案。特定的图案（以及大量的数学运算）可用于重新创建2D材质的形状。

当结果图案显示出第三层可能不是其他两个层中的任何一层时，Kar认为在创建材料或测量过程中出现了问题。以前已经观察到类似现象，但仅在极低的温度下才观察到。Kar的观察是在室温下进行的。

“您是否曾经走进过草地，看到一棵苹果树，上面挂着芒果？”卡尔问。“当然，我们认为出了点问题。这不可能发生。”

但是在经过博士生扎卡里亚·亨尼格豪森（Zachariah Hennighausen）的反复测试和实验后，他们的结果保持不变。在2D材料之间出现了一种带电斑点的新格子样式。而且该图案随两个夹心层的方向而变化。

汉娜·摩尔（Hannah Moore）/东北大学的插图

当卡尔和他的团队一直在进行实验研究时，东北大学的杰出物理学教授阿伦·班西尔（Arun Bansil）和博士生奇斯托弗·莱恩（Chistopher Lane）正在研究理论可能性，以了解这是如何发生的。

Bansil解释说，材料中的电子总是在附近反弹，因为它们被原子带正电的原子核所吸引，并被其他带负电的电子所排斥。但是在这种情况下，关于这些电荷的布置方式的某些事情是将电子聚集在特定的模式中。

班西尔说：“它们会在这些区域中产生潜在的地形，如果您愿意的话，这些沟槽会足以迫使这些电子产生这些电荷坑。”“电子形成水坑的唯一原因是那里有一个潜在的空穴。”

可以说，这些沟渠是由量子力学和物理因素共同造成的。

当两个重复的花样或网格错开时，它们会合并以创建一个新的花样（您可以通过重叠两个平梳的齿在家中复制该花样）。每种2D材料都具有重复结构，研究人员证明，当这些材料堆叠在一起时所产生的图案决定了电子将在何处终止。

卡尔说：“这就是量子力学从根本上使水坑得以保留的地方。”“这几乎在指导那些电子水坑留在那里，而且没有其他地方。令人着迷。”

尽管对这种现象的了解还处于起步阶段，但它有可能影响电子，传感和检测系统以及信息处理的未来。

卡尔说：“目前的兴奋之处在于，它能够潜在地证明人们从未想到过的可能在室温下存在的东西。”“现在，就如何利用天空而言，天空是极限。”

参考：Zachariah Hennighausen，Christopher Lane，Ioana Gianina Buda，Vineet K.Mathur，Arun Bansil和Swastik Kar的“在TMD / Bi2Se3异质结构的界面处纯电子二维晶格的证据”，Nanoscale.DOI：
10.1039 / C9NR04412D