科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣

據(jù)最新一期《科學(xué)》雜志報(bào)道，美國(guó)馬里蘭大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在探索原子尺度現(xiàn)象對(duì)下一代電子與量子器件的影響時(shí)，首次拍攝到了單個(gè)原子的熱振動(dòng)顯微圖像，捕捉到量子材料中熱運(yùn)動(dòng)在原子層面留下的“指紋”，并揭示出一種此前未被實(shí)驗(yàn)證實(shí)的運(yùn)動(dòng)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(jì)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(duì)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(shí)驗(yàn)手段的限制，“莫爾相位振子”一直難以被直接探測(cè)，阻礙了對(duì)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(tuán)隊(duì)采用了一種名為“電子拼圖術(shù)”的新技術(shù)，實(shí)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(cè)到因熱振動(dòng)引起的原子圖像模糊。這項(xiàng)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(dòng)行為，從根本上改變了科學(xué)界對(duì)其作用方式的理解。

這項(xiàng)突破性研究不僅證實(shí)了理論界長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)“莫爾相位振子”的預(yù)測(cè)，也展示了電子拼圖術(shù)具備原子級(jí)熱振動(dòng)成像能力，而這是此前實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)的隱藏語(yǔ)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(dòng)，推動(dòng)了二維量子材料的研究與發(fā)現(xiàn)。

接下來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)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(dòng)行為。通過(guò)調(diào)控這些材料的熱振動(dòng)特性，科學(xué)家或可設(shè)計(jì)出熱、電、光性能定制化的新型器件，為量子計(jì)算、節(jié)能電子器件以及納米傳感器等領(lǐng)域帶來(lái)新突破。

總編輯圈點(diǎn)

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(jí)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(guò)，二維材料相關(guān)研究方興未艾，大量基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)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(dòng)電子器件向更小巧、更高性能、更低能耗的方向發(fā)展。