据最新一期《科学》杂志报道，美国马里兰大学研究团队在探索原子尺度现象对下一代电子与量子器件的影响时，首次拍摄到了单个原子的热振动显微图像，捕捉到量子材料中热运动在原子层面留下的“指纹”，并揭示出一种此前未被实验证实的运动形式“莫尔相位振子”。该研究有望改变超薄电子器件的设计方式。
单个原子热振动实验测量的图示。图片来源：美国马里兰大学
二维材料是一类厚度仅为几纳米的片状结构，正被研究用于发展下一代量子和电子器件。在扭转角度不同的二维材料中，存在一种被称为“莫尔相位振子”的物理现象，对于理解这些材料的热导性、电子行为和结构有序性至关重要。然而，由于实验手段的限制，“莫尔相位振子”一直难以被直接探测，阻碍了对这类前沿材料更深入的理解与应用。
为了解决这一难题，研究团队采用了一种名为“电子拼图术”的新技术，实现了目前记录在案的最高分辨率（优于15皮米），并首次检测到因热振动引起的原子图像模糊。这项研究表明，空间局域化的“莫尔相位振子”主导了扭曲二维材料中的热振动行为，从根本上改变了科学界对其作用方式的理解。
这项突破性研究不仅证实了理论界长期以来对“莫尔相位振子”的预测，也展示了电子拼图术具备原子级热振动成像能力，而这是此前实验技术难以企及的目标。
研究人员表示，这就像是破译了原子运动的隐藏语言。电子拼图术让科学家得以直接观察二维量子材料的微妙振动，推动了二维量子材料的研究与发现。
接下来，研究团队将致力于揭示缺陷和界面如何影响量子与电子材料中的热振动行为。通过调控这些材料的热振动特性，科学家或可设计出热、电、光性能定制化的新型器件，为量子计算、节能电子器件以及纳米传感器等领域带来新突破。
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