佛州州立大学物理学家揭示电子固液跃迁新量子相

佛罗里达州立大学（FSU）的研究人员近期宣布了一项重要发现，他们揭示了一种全新的量子相态，其中电子表现出难以预测的行为，对现有量子力学理解提出了新的视角。这项研究成果已在《npj Quantum Materials》期刊上发表，其核心在于观察到电子在晶体固态结构与类似流体的运动状态之间进行转换，这是一种在受控条件下才能观察到的现象。

为支持研究结论，FSU团队利用了包括美国国家科学基金会（NSF）ACCESS项目在内的先进计算资源，这些资源对模拟复杂量子系统的行为至关重要。该工作深化了对物质基本构成的认识，并为下一代量子技术奠定了理论基础。这项发现的理论基础可追溯至尤金·维格纳（Eugene Wigner）于1934年提出的广义维格纳晶体模型。

研究人员，包括Cyprian Lewandowski、Hitesh Changlani和Aman Kumar，通过精确对角化和蒙特卡洛模拟等方法，成功绘制了该系统的相图。他们指出，在二维莫尔超晶格中调控电子相互作用，可以清晰展示固态和流体态电子行为的共存。与传统三角形晶格不同，广义维格纳晶体允许形成条纹状或蜂窝状等多种晶体几何形状，为探索电子的集体行为提供了更丰富的背景。

研究团队识别出一种中间的“弹球”状态，在此状态下，部分电子保持固定，而其他电子则进行混乱运动。这种混合相态同时展现出绝缘体和导体的特性，是一种前所未有的量子力学效应。这项研究的实际意义在于，它可能对量子技术领域产生重大影响，尤其是在开发更稳定的量子比特以构建容错量子计算机方面。

一个关键优势在于，观察到这些复杂的量子效应无需依赖极低的超低温环境，这为在室温下实现量子效应和在高温超导材料方面取得突破开辟了新的可能性。调控电子相变的能力有望推动低能耗自旋电子学的发展，并增强基于石墨烯等材料的器件性能。这项工作为探测量子纠缠和多体物理学提供了一个全新的实验平台，预示着凝聚态物理学领域将迎来新的研究方向。