二維材料內(nèi)電子強關(guān)聯(lián)證據(jù)首現(xiàn)

來自美國麻省理工學院（MIT）的科研人員在最新一期《科學》雜志上撰文指出，他們首次直接探測到二維材料內(nèi)電子之間的強關(guān)聯(lián)作用，而且測量出了這種排斥力的大小。最新研究有望幫助科學家設(shè)計出奇異的功能材料，比如非常規(guī)超導體等。

近年來，物理學家發(fā)現(xiàn)，包括“魔角”石墨烯等在內(nèi)的一些二維材料可以根據(jù)施加的電壓改變電子狀態(tài)，從金屬“變身”為絕緣體甚至超導體。盡管促使這種材料“變身”的潛在物理機制仍是未解之謎，但物理學家們懷疑與“電子關(guān)聯(lián)”——兩個帶負電荷電子之間的相互作用有關(guān)。這種排斥力對大多數(shù)材料的性質(zhì)幾乎沒有影響，但可能是影響二維材料性質(zhì)的主要原因。了解電子關(guān)聯(lián)如何改變電子狀態(tài)，可以幫助科學家設(shè)計出奇異的功能材料（如非常規(guī)超導體）。

現(xiàn)在研究人員首次揭示了一種名為ABC三層石墨烯的二維材料內(nèi)電子關(guān)聯(lián)的直接證據(jù)，最新研究主要作者、MIT助理教授鞠龍（音譯）說：“更好地理解超導性背后的物理學，將使我們設(shè)計出能改變世界的設(shè)備，從零損耗能量傳輸?shù)酱艖腋×熊嚨取?rdquo;

ABC三層石墨烯類似于研究更深入的魔角雙層石墨烯（由六邊形排列的碳原子晶格制成）。在最新研究中，鞠龍團隊首先合成了ABC三層石墨烯樣品，創(chuàng)造出帶有能阱的超晶格，隨后使用自己開發(fā)的獨特光學技術(shù)確認這種材料確實擁有一個“平帶”結(jié)構(gòu)——其間所有電子的能量幾乎相同，他們認為正是這一結(jié)構(gòu)影響了材料的性質(zhì)。然后他們稍微調(diào)低電壓，使晶格中每個阱中只有一個電子。在這種“半填充”狀態(tài)下，材料被視為莫特絕緣體（一種奇特的物質(zhì)狀態(tài)），材料應該能像金屬一樣導電，但表現(xiàn)為絕緣體。在此過程中，他們首次直接檢測到這種特定莫特超晶格材料中的電子關(guān)聯(lián)，并測量其強度約為20毫電子伏。結(jié)果表明，強電子關(guān)聯(lián)是這種特殊二維材料的物理基礎(chǔ)。