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實驗直接觀察到液態(tài)電荷密度波
2026-02-03 16:21:55
來源:科技日報  作者: 劉霞

美國加州大學(xué)洛杉磯分??茖W(xué)家在經(jīng)典量子材料1T相二硫化鉭(1T-TaS2)內(nèi),通過實驗直接觀察到液態(tài)電荷密度波存在的證據(jù)。這一突破不僅終結(jié)了長達(dá)30年的理論爭議,也為探索隱藏在復(fù)雜電子系統(tǒng)中的新奇物態(tài)打開了大門。相關(guān)成果發(fā)表于最新一期《自然·物理學(xué)》雜志。

電荷密度波(CDW)是一種電子在固體中自發(fā)形成的有序排列,如同在晶格中“結(jié)隊行進(jìn)”。這種有序狀態(tài)會顯著影響材料的導(dǎo)電性能,甚至可能產(chǎn)生超導(dǎo)等奇異量子現(xiàn)象。物理學(xué)家曾預(yù)言:當(dāng)溫度升高時,這種“凍結(jié)”的電子秩序可能像冰融化成水一樣,轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)CDW,但仍保留集體行為。

團(tuán)隊此次將目光投向了近年來備受關(guān)注的層狀材料1T-TaS2。為尋找液態(tài)CDW,團(tuán)隊采用超快電子衍射技術(shù),向樣品發(fā)射飛秒級光脈沖,瞬間激發(fā)電子系統(tǒng),并在晶格結(jié)構(gòu)尚未破壞前,“搶拍”下電子排列的瞬時圖像。

實驗發(fā)現(xiàn),在升溫過程中,原本規(guī)整的網(wǎng)格狀電子秩序開始瓦解。先是進(jìn)入一種被稱為“六方CDW”的中間態(tài),但仍保留部分方向性;繼續(xù)加熱后,電子徹底擺脫束縛,呈現(xiàn)出均勻擴散的散射環(huán)。這正是理論預(yù)言中液態(tài)CDW的標(biāo)志性特征。

這項研究不僅確認(rèn)了1T-TaS2內(nèi)存在液態(tài)CDW,更激發(fā)了對其他材料內(nèi)可能存在液態(tài)CDW的研究。在高溫超導(dǎo)體的相圖中,類似的液態(tài)可能扮演著關(guān)鍵角色。

目前,團(tuán)隊正開展后續(xù)研究。他們通過引入雜質(zhì),觀察其如何干擾液態(tài)CDW的穩(wěn)定性,這是否會讓電子重新“凍結(jié)”成固態(tài),還是推動其走向無序的玻璃態(tài)?他們還計劃把這一方法拓展至更多材料,探測那些傳統(tǒng)手段難以觸及的隱秘電子相。

編輯:韓夢晨
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