近日物理學家發現一種前所未見的「量子彈珠」物質狀態，電子在同一材料系統內「凍結」又「熔化」，呈現導體與絕緣體共存的雙重性質。
電子雖然無法以肉眼看見，但它們通過導體有組織的運動並產生電流，行為像流經管道的水，驅動現代生活從汽車、手機到電腦等無數設備，在某些特殊材料，平滑的電子流動能鎖定為有序、類似晶體的圖案，此時材料會從導電性轉為非導電性，彰顯電子集體行為產生不同結果。
在低電子密度或強磁場條件下，二維系統內的電子可能形成維格納晶體（Wigner crystal），簡而言之，維格納晶體是由強庫倫排斥力導致電子自發形成緊密堆積、類似晶體的有序結構，最近幾個實驗已觀察到這種電子晶體，但還不清楚在量子效應之下，維格納晶體如何產生。
根據佛羅里達州立大學團隊新研究，科學家現在已確認穩定維格納晶體狀態所需特定條件、轉動哪些「量子旋鈕」能觸發相變並實現維格納晶體。
此外，團隊還發現一種電子導電性與絕緣性同時存在的全新物質狀態，稱為「量子彈珠」，電子部分「凍結」為固體晶格，也可以部分「熔化」成液體狀排列，後者就像在彈珠台格子間彈跳的球，這種不尋常形式又稱廣義維格納晶體。
研究人員首次觀察到這種獨特量子力學效應，一些電子凍結卡死不動、一些電子則在系統內漂浮，代表有些電子絕緣，有些電子導電，也證明我們可透過調整電子濃度或施加磁場的「量子旋鈕」操縱物質狀態，驅動電子晶體結構從剛性到軟性的相變。
未來能否在不同材料與參數下實現「量子彈珠」態是重要研究方向之一，有望推動自旋電子學、超導體、量子運算等尖端技術，促進低能耗和更可控電子元件開發。
新論文發表在《npj Quantum Materials》期刊。
（首圖來源：pixabay）
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