二維材料內電子強關聯證據首現

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電子之間的強關聯作用，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計出奇異的功能材料，比如非常規超導體等。

近年來，物理學家發現，包括“魔角”石墨烯等在內的一些二維材料可以根據施加的電壓改變電子狀態，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“電子關聯”——兩個帶負電荷電子之間的相互作用有關。這種排斥力對大多數材料的性質幾乎沒有影響，但可能是影響二維材料性質的主要原因。了解電子關聯如何改變電子狀態，可以幫助科學家設計出奇異的功能材料（如非常規超導體）。

現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電子關聯的直接證據，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，將使我們設計出能改變世界的設備，從零損耗能量傳輸到磁懸浮列車等。”

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，創造出帶有能阱的超晶格，隨后使用自己開發的獨特光學技術確認這種材料確實擁有一個“平帶”結構——其間所有電子的能量幾乎相同，他們認為正是這一結構影響了材料的性質。然后他們稍微調低電壓，使晶格中每個阱中只有一個電子。在這種“半填充”狀態下，材料被視為莫特絕緣體（一種奇特的物質狀態），材料應該能像金屬一樣導電，但表現為絕緣體。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聯，并測量其強度約為20毫電子伏。結果表明，強電子關聯是這種特殊二維材料的物理基礎。