近日物理学家发现一种前所未见的“量子弹珠”物质状态，电子在同一材料系统内“冻结”又“熔化”，呈现导体与绝缘体共存的双重性质。
电子虽然无法以肉眼看见，但它们通过导体有组织的运动并产生电流，行为像流经渠道的水，驱动现代生活从汽车、手机到计算机等无数设备，在某些特殊材料，平滑的电子流动能锁定为有序、类似晶体的图案，此时材料会从导电性转为非导电性，彰显电子集体行为产生不同结果。
在低电子密度或强磁场条件下，二维系统内的电子可能形成维格纳晶体（Wigner crystal），简而言之，维格纳晶体是由强库伦排斥力导致电子自发形成紧密堆积、类似晶体的有序结构，最近几个实验已观察到这种电子晶体，但还不清楚在量子效应之下，维格纳晶体如何产生。
根据佛罗里达州立大学团队新研究，科学家现在已确认稳定维格纳晶体状态所需特定条件、转动哪些“量子旋钮”能触发相变并实现维格纳晶体。
此外，团队还发现一种电子导电性与绝缘性同时存在的全新物质状态，称为“量子弹珠”，电子部分“冻结”为固体晶格，也可以部分“熔化”成液体状排列，后者就像在弹珠台格子间弹跳的球，这种不寻常形式又称广义维格纳晶体。
研究人员首次观察到这种独特量子力学效应，一些电子冻结卡死不动、一些电子则在系统内漂浮，代表有些电子绝缘，有些电子导电，也证明我们可通过调整电子浓度或施加磁场的“量子旋钮”操纵物质状态，驱动电子晶体结构从刚性到软性的相变。
未来能否在不同材料与参数下实现“量子弹珠”态是重要研究方向之一，有望推动自旋电子学、超导体、量子运算等尖端技术，促进低能耗和更可控电子组件开发。
新论文发表在《npj Quantum Materials》期刊。
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