人類研究電荷已有數(shù)千年的歷史，其結(jié)果塑造了現(xiàn)代文明。我們的日常生活取決于電照明，智能手機(jī)，汽車和計(jì)算機(jī)，這是第一個(gè)注意到靜電沖擊或閃電的人無(wú)法想象的。

現(xiàn)在，東北大學(xué)的物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種控制電荷的新方法。而且，我們技術(shù)的未來變化可能是巨大的。

物理學(xué)副教授Swastik Kar說：“發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)，想象力便是極限。” “它可能會(huì)改變我們檢測(cè)和傳達(dá)信號(hào)的方式。它可能會(huì)改變我們感知事物和信息存儲(chǔ)的方式，以及我們甚至可能尚未想到的可能性。”

無(wú)論我們是試圖從太陽(yáng)中獲取能量還是在手機(jī)上玩植物大戰(zhàn)僵尸，移動(dòng)，操縱和存儲(chǔ)電子的能力都是絕大多數(shù)現(xiàn)代技術(shù)的關(guān)鍵。在Nanoscale上發(fā)表的一篇論文中，研究人員描述了一種使電子做全新的方法：將自身均勻地分布成固定的晶體圖案。

卡爾說：“我很想說這幾乎是一個(gè)新的階段。” “因?yàn)樗兇馐请娮拥摹?rdquo;

這種現(xiàn)象在研究人員使用只有幾原子厚的晶體材料(稱為2-D材料)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)。這些材料是由重復(fù)的原子圖案組成的，就像一個(gè)無(wú)盡的棋盤一樣，它們是如此之薄，以至于其中的電子只能在二維中運(yùn)動(dòng)。

堆疊這些超薄材料可能會(huì)產(chǎn)生異常效果，因?yàn)檫@些層在量子水平上相互作用。

Kar和他的同事們正在研究?jī)煞N二維材料，硒化鉍和過渡金屬二鹵化鎢，它們像紙一樣彼此疊放。那是事情開始變得怪異的時(shí)候。

電子應(yīng)該互相排斥，它們帶有負(fù)電荷，并遠(yuǎn)離其他帶負(fù)電荷的事物。但這不是這些層中的電子在做什么。他們正在形成一個(gè)固定的模式。

卡爾說：“在某些角度，這些材料似乎形成了一種共享電子的方式，最終形成了這種幾何周期性的第三晶格。” “完全可重復(fù)的純電子水坑陣列位于兩層之間。”

最初，Kar認(rèn)為結(jié)果是錯(cuò)誤的。二維材料的晶體結(jié)構(gòu)太小，無(wú)法直接觀察，因此物理學(xué)家使用特殊的顯微鏡發(fā)射電子束而不是光。電子通過材料時(shí)，它們會(huì)相互干擾并形成圖案。特定的圖案(以及大量數(shù)學(xué)運(yùn)算)可用于重新創(chuàng)建2D材料的形狀。

當(dāng)最終的圖案顯示出第三層不可能來自其他兩個(gè)層時(shí)，Kar認(rèn)為在創(chuàng)建材料或測(cè)量過程中出現(xiàn)了問題。以前已經(jīng)觀察到類似現(xiàn)象，但僅在極低的溫度下才觀察到。Kar的觀察是在室溫下進(jìn)行的。

“你有沒有走進(jìn)草地上，看到一棵蘋果樹，上面掛著芒果?” 卡爾問。“當(dāng)然，我們認(rèn)為出了點(diǎn)問題。這不可能發(fā)生。”

但是在經(jīng)過博士生扎卡里亞·亨尼格豪森(Zachariah Hennighausen)的反復(fù)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)后，他們的結(jié)果保持不變。在二維材料之間出現(xiàn)了一種新的帶電斑點(diǎn)的格子樣式。而且該圖案隨兩個(gè)夾心層的方向而變化。

當(dāng)卡爾和他的團(tuán)隊(duì)一直在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，東北大學(xué)的杰出物理學(xué)教授阿倫·班西爾(Arun Bansil)和博士生奇斯托弗·萊恩(Chistopher Lane)正在研究理論可能性，以了解這是如何發(fā)生的。

Bansil解釋說，材料中的電子總是在附近反彈，因?yàn)樗鼈儽辉訋д姷脑雍怂?，并被其他帶?fù)電的電子所排斥。但是在這種情況下，關(guān)于這些電荷的布置方式的一些事情是將電子聚集在特定的模式中。

班西爾說：“它們會(huì)在這些區(qū)域產(chǎn)生潛在的景觀中存在某種溝渠的區(qū)域，這些溝渠足以迫使這些電子產(chǎn)生這些電荷坑。” “電子會(huì)形成水坑的唯一原因是因?yàn)槟抢镉幸粋€(gè)潛在的空穴。”

可以說，這些溝渠是由量子力學(xué)和物理因素共同造成的。

當(dāng)兩個(gè)重復(fù)的花樣或網(wǎng)格錯(cuò)開時(shí)，它們會(huì)合并以創(chuàng)建一個(gè)新的花樣(您可以通過重疊兩個(gè)平梳的齒在家中復(fù)制該花樣)。每種二維材料都具有重復(fù)結(jié)構(gòu)，研究人員證明了當(dāng)這些材料堆疊在一起時(shí)產(chǎn)生的圖案決定了電子將在何處終止。

卡爾說：“這是量子力學(xué)從根本上有利于水坑滯留的地方。” “它幾乎引導(dǎo)著那些電子水坑留在那兒，沒有其他地方。這很著迷。”

盡管對(duì)這種現(xiàn)象的了解還處于起步階段，但它有可能影響電子，傳感和檢測(cè)系統(tǒng)以及信息處理的未來。

卡爾說：“目前的興奮之處在于，它能夠潛在地證明人們從未想過在室溫下可能存在的某些東西。” “現(xiàn)在，就如何利用天空而言，天空是極限。”