科技日報記者 張佳欣

據(jù)最新一期《科學(xué)》雜志報道，美國馬里蘭大學(xué)研究團隊在探索原子尺度現(xiàn)象對下一代電子與量子器件的影響時，首次拍攝到了單個原子的熱振動顯微圖像，捕捉到量子材料中熱運動在原子層面留下的“指紋”，并揭示出一種此前未被實驗證實的運動形式“莫爾相位振子”。該研究有望改變超薄電子器件的設(shè)計方式。

二維材料是一類厚度僅為幾納米的片狀結(jié)構(gòu)，正被研究用于發(fā)展下一代量子和電子器件。在扭轉(zhuǎn)角度不同的二維材料中，存在一種被稱為“莫爾相位振子”的物理現(xiàn)象，對于理解這些材料的熱導(dǎo)性、電子行為和結(jié)構(gòu)有序性至關(guān)重要。然而，由于實驗手段的限制，“莫爾相位振子”一直難以被直接探測，阻礙了對這類前沿材料更深入的理解與應(yīng)用。

為了解決這一難題，研究團隊采用了一種名為“電子拼圖術(shù)”的新技術(shù)，實現(xiàn)了目前記錄在案的最高分辨率（優(yōu)于15皮米），并首次檢測到因熱振動引起的原子圖像模糊。這項研究表明，空間局域化的“莫爾相位振子”主導(dǎo)了扭曲二維材料中的熱振動行為，從根本上改變了科學(xué)界對其作用方式的理解。

這項突破性研究不僅證實了理論界長期以來對“莫爾相位振子”的預(yù)測，也展示了電子拼圖術(shù)具備原子級熱振動成像能力，而這是此前實驗技術(shù)難以企及的目標(biāo)。

研究人員表示，這就像是破譯了原子運動的隱藏語言。電子拼圖術(shù)讓科學(xué)家得以直接觀察二維量子材料的微妙振動，推動了二維量子材料的研究與發(fā)現(xiàn)。

接下來，研究團隊將致力于揭示缺陷和界面如何影響量子與電子材料中的熱振動行為。通過調(diào)控這些材料的熱振動特性，科學(xué)家或可設(shè)計出熱、電、光性能定制化的新型器件，為量子計算、節(jié)能電子器件以及納米傳感器等領(lǐng)域帶來新突破。

總編輯圈點

在電子器件領(lǐng)域，傳統(tǒng)硅基技術(shù)正逼近摩爾定律極限，二維材料有望成為破局關(guān)鍵。憑借原子級厚度，許多二維材料擁有卓越的電學(xué)性能，在新一代電子器件中展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力。不過，二維材料相關(guān)研究方興未艾，大量基礎(chǔ)科學(xué)問題有待破解和深入探索。這類材料中存在的“莫爾相位振子”現(xiàn)象便是其中之一。借助前沿技術(shù)手段，逐步揭開二維材料神秘面紗，有望推動電子器件向更小巧、更高性能、更低能耗的方向發(fā)展。