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物理学家偶然发现操纵电荷的新方法 或彻底改变

图片滥觞:Hannah Moore/Northeastern University动图截图

人类对电荷的钻研已经有几千年的历史了,其结果塑造了今世文明。我们的日常生活依附于电灯、智妙手机、汽车和电脑,这是第一个留意到静电冲击或闪电的人所无法想象的。

现在,美国东北大年夜学的物理学家发清楚明了一种操纵电荷的新措施。这对我们技巧未来的变更将是无以伦比的。

“当这样的征象被发明时,想象力便是极限。”物理学副教授Swastik Kar说,“它可能会改变我们检测和交流旌旗灯号的要领。它可能会改变我们感知事物和信息存储的要领,以及我们可能从未想过的可能性。”

移动、操作和储存电子的能力是绝大年夜多半今世技巧的关键,无论我们是想从太阳获取能量,照样在手机上玩植物大年夜战僵尸的游戏。在《纳米尺度》杂志上颁发的一篇论文中,钻研职员描述了一种让电子做一些全新工作的措施:将它们平均地散播成一种固定的晶体布局。

“我很想说,这险些就像是物质的一个新阶段。”Kar说,“由于它完全是电子的。”

这种征象是在钻研职员对只有几个原子厚度的晶体材料(即二维材料)进行实验时呈现的。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,异常薄,此中的电子只能在二维空间中移动。

叠加这些超绵力薄资料可以孕育发生不合平常的效果,由于这些层在量子水平上互相感化。

Kar和他的同事钻研了两种二维材料,硒化铋和过渡金属二卤代烃,它们像纸一样叠在一路,然后环境开始变得稀罕的时刻。

电子应该相互排斥——它们带负电荷,并阔别其他带负电荷的器械。但这并不是这些层中的电子所做的。它们形成了一个固定的模式。

“从某些角度看,这些材料彷佛形成了一种共享电子的要领,终极形成了这种几何周期的第三晶格。”Kar说,“一个完全可重复的纯电子水坑阵列,位于两层之间。”

起先,Kar觉得这个结果是个差错。二维材料的晶体布局太小,无法直接察看,以是物理学家应用特殊的显微镜发射电子束,而不是光。当电子经由过程材料时,它们互相滋扰,形成一种图案。特定的模式(以及大年夜量数学运算)可以用来重修二维材料的外形。

当结果显示出第三层弗成能来自别的两层时,Kar觉得在材料的制作或丈量历程中出了问题。类似的征象曩昔也曾被不雅测到,但只是在极低的温度下。而Kar的不雅测是在室温下进行的。

“就似乎你走进一片草地,看到一棵苹果树上挂着芒果。”Kar说到,“我们当然觉得有些地方纰谬劲。这弗成能发生。”

然则,在博士生Zachariah Hennighausen的带领下,颠末反复的测试和实验,他们的结果仍旧是一样的。在二维材料之间呈现了一种新的点状带电斑。这种模式跟着两个夹层的偏向而改变。

就在Kar和他的团队进行实验钻研的时刻,东北大年夜学闻名物理学教授阿伦·班西尔(Arun Bansil)和博士生塞特·莱恩(Chistopher Lane)正在钻研理论可能性,以懂得这是若何发生的。

班西尔解释说,当电子被带正电荷的原子核吸引,被带负电荷的电子排斥时,它们就会不绝地往返跳动。但在这种环境下,这些电荷的排列要领是将电子凑集成特定的模式。

“它们孕育发生的这些区域,假如你乐意,在潜在的情况中有某种沟壑,这些沟壑足以迫使这些电子孕育发生电荷。”班西尔说,“电子会形成水坑的独一缘故原由是那里有一个潜在的洞。”

班西尔说,这些沟壑可以说是量子力学和物理身分配相助用的结果。

当两个重复的图案或网格被抵消时,它们就会组合成一个新的图案(你可以在家里经由过程重叠两个扁平梳子的齿来复制这个图案)。每一种二维材料都有一个重复的布局,钻研职员证实,当这些材料堆叠时所形成的图案抉择了电子终极会落在哪里。

“这便是量子力学对水坑有利的地方。”Kar说,“它险些是在向导那些电子水坑停顿在那里,而不是其他地方。它很吸惹人。”

虽然对这一征象的懂得仍处于低级阶段,但它有可能影响电子、传感和探测系统以及信息处置惩罚的未来。

“在这一点上,令人愉快的是能够潜在地证实一些人们曩昔从未想到在室温下会存在的器械。”Kar说,“现在,若何驾驭它的极限是没有上限的。”

原文滥觞:https://phys.org/news/2020-02-physicists-accidentally-state.html

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