三维晶体中首次捕获电子 为探寻超导性等稀有电子态开启大门

最近的一期《自然》期刊报道称，美国的麻省理工学院成功捕捉到了纯晶体的电子。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。

由于晶体的原子几何结构，实现电子的俘获状态是可能的，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，超级计算机的最终实现有望带来超高效率的输电线、支持超级计算机实时操控的量子位以及更快、更低成本的智能的电子设备。

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，结果发现其中绝大多数晶体中的电子并非都表现出相互作用的完全相同的能量，证实了3D超导材料的平带等离子体状态。

电子会在导电材料中移动，大多数情况下，这些带电粒子都自顾自横冲直撞，并不与其他电子“做伴”，但有一种特殊情况，他们会统一行动出现电子平带。此次，物理学家就在纯晶体中捕获了它们这一状态，从而在3D材料中首次实现电子平带。这种罕见电子态的本质，可以为科学家了解3D材料中稀有电子态提供一种新方法。研究人员表示，他们的发现有望帮助解决一些关键问题，例如如何利用这种新型材料制造出具有不同形状的纳米结构。

（编辑：银川站长网）

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