單原子熱振動顯微圖像首次拍到

科技日報北京7月28日電 （記者張佳欣）據最新一期《科學》雜誌報道，美國馬里蘭大學研究團隊在探索原子尺度現象對下一代電子與量子器件的影響時，首次拍攝到了單個原子的熱振動顯微圖像，捕捉到量子材料中熱運動在原子層面留下的“指紋”，並揭示出一種此前未被實驗證實的運動形式“莫爾相位振子”。該研究有望改變超薄電子器件的設計方式。

二維材料是一類厚度僅為幾納米的片狀結構，正被研究用於發展下一代量子和電子器件。在扭轉角度不同的二維材料中，存在一種被稱為“莫爾相位振子”的物理現象，對於理解這些材料的熱導性、電子行為和結構有序性至關重要。然而，由於實驗手段的限制，“莫爾相位振子”一直難以被直接探測，阻礙了對這類前沿材料更深入的理解與應用。

為了解決這一難題，研究團隊採用了一種名為“電子拼圖術”的新技術，實現了目前記錄在案的最高分辨率（優於15皮米），並首次檢測到因熱振動引起的原子圖像模糊。這項研究表明，空間局域化的“莫爾相位振子”主導了扭曲二維材料中的熱振動行為，從根本上改變了科學界對其作用方式的理解。

這項突破性研究不僅證實了理論界長期以來對“莫爾相位振子”的預測，也展示了電子拼圖術具備原子級熱振動成像能力，而這是此前實驗技術難以企及的目標。

研究人員表示，這就像是破譯了原子運動的隱藏語言。電子拼圖術讓科學家得以直接觀察二維量子材料的微妙振動，推動了二維量子材料的研究與發現。

接下來，研究團隊將致力於揭示缺陷和界面如何影響量子與電子材料中的熱振動行為。通過調控這些材料的熱振動特性，科學家或可設計出熱、電、光性能定製化的新型器件，為量子計算、節能電子器件以及納米傳感器等領域帶來新突破。

【總編輯圈點】

在電子器件領域，傳統硅基技術正逼近摩爾定律極限，二維材料有望成為破局關鍵。憑藉原子級厚度，許多二維材料擁有卓越的電學性能，在新一代電子器件中展現出巨大應用潛力。不過，二維材料相關研究方興未艾，大量基礎科學問題有待破解和深入探索。這類材料中存在的“莫爾相位振子”現象便是其中之一。藉助前沿技術手段，逐步揭開二維材料神秘面紗，有望推動電子器件向更小巧、更高性能、更低能耗的方向發展。