当材料中的电子数量与主晶格位置相匹配时，电子之间的强烈相互作用会使它们排列成有序的图案，形成所谓的电子晶体。这种现象非常有趣，因为电子开始集体行动，这对量子模拟很有用。
如果电子及其正电子对应物(称为空穴)共存于一个系统中，它们可以创建具有无与伦比特性的更加奇特的量子态，例如特殊类型的逆流超流体，其中电子空穴以相反的方向流动而没有阻力和能量耗散。
然而，让电子和空穴晶体保持在一起而不让它们快速复合是一项挑战。为了解决这个问题，科学家经常将它们分离成不同的层或宿主。
虽然这种方法已经展示了多层结构中的电子空穴状态，但在单一天然材料中发现这些状态仍是一个有争议的话题。这是因为没有足够确凿的实验证据，而且很难找到能够将电子空穴晶体保持在一起而不会相互抵消的奇异量子材料。
为了解决这一问题，新加坡国立大学的一个研究小组取得了突破，他们在一种由α-氯化钌(III)(α-RuCl 3 )制成的奇异量子材料(称为莫特绝缘体)中创建并直接可视化电子空穴晶体。
这一发现为探索由共存电子和空穴实现的量子激子态开辟了新的可能性，这可能为包括内存计算和量子计算在内的计算技术的新进步铺平道路。
该团队由新加坡国立大学化学系和功能智能材料研究所 (I-FIM) 副教授 Lu Jiong 以及新加坡国立大学 I-FIM 主任 Kostya S. Novoselov 教授领导。该研究于 2024 年 6 月 3 日发表在《自然材料》杂志上。
创新方法促进绝缘体的原子级成像
这一前所未有的发现是利用一种名为扫描隧道显微镜 (STM) 的技术实现的。
STM 是一种功能强大的工具，它利用量子隧穿效应在原子层面上创建实空间图像。但它只能研究导电材料，而不能研究绝缘体。
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