物理学家可能偶然发现了物质的一种新状态。可能性是无限的。

人类对电荷的研究已经有几千年的历史了，其结果塑造了现代文明。我们的日常生活依赖于电灯、智能手机、汽车和电脑，这是第一个注意到静电冲击或闪电的人所无法想象的。

现在，东北大学的物理学家发现了一种操纵电荷的新方法。我们技术未来的变化将是巨大的。

物理学副教授Swastik Kar说:“当这样的现象被发现时，想象力就是极限。”“它可能会改变我们检测和交流信号的方式。它可能会改变我们感知事物和信息存储的方式，以及我们可能从未想过的可能性。”

移动、操作和储存电子的能力是绝大多数现代技术的关键，无论我们是想从太阳获取能量，还是在手机上玩植物大战僵尸的游戏。在《纳米尺度》杂志上发表的一篇论文中，研究人员描述了一种让电子做一些全新事情的方法:将它们均匀地分布成一种固定的晶体结构。

“我很想说，这几乎就像是物质的一个新阶段，”卡尔说。“因为它完全是电子的。”

这种现象是在研究人员对只有几个原子厚度的晶体材料(即二维材料)进行实验时出现的。这些材料是由重复的原子图案组成的，就像一个无止境的棋盘，非常薄，其中的电子只能在二维空间中移动。

叠加这些超薄材料可以产生不同寻常的效果，因为这些层在量子水平上相互作用。

卡尔和他的同事们研究了两种这样的2D材料，硒化铋和过渡金属二卤代烃，它们像纸一样叠在一起。那就是事情开始变得奇怪的时候。

电子应该互相排斥——它们带负电荷，并远离其他带负电荷的东西。但这并不是这些层中的电子所做的。他们形成了一个固定的模式。

“从某些角度看，这些材料似乎形成了一种共享电子的方式，最终形成了这种几何周期的第三格，”卡尔说。“一个完全可重复的纯电子水坑阵列，位于两层之间。”

起初，卡尔认为这个结果是个错误。二维材料的晶体结构太小，无法直接观察，所以物理学家使用特殊的显微镜发射电子束，而不是光。当电子通过材料时，它们相互干扰，形成一种图案。特定的模式(和一些数学)可以用来重建二维材料的形状。

当结果显示出第三层不可能来自另外两层时，Kar认为在材料的制作或测量过程中出了问题。类似的现象以前也曾被观测到，但只是在极低的温度下。卡尔的观测是在室温下进行的。

“你曾经走进一片草地，看到一棵苹果树上挂着芒果吗?”“凹地问道。“我们当然认为有些地方不对劲。这不可能发生。”

但是，在博士生Zachariah Hennighausen的带领下，经过反复的测试和实验，他们的结果仍然是一样的。在二维材料之间出现了一种新的带电荷点的网格样式。这种模式随着两个夹层的方向而改变。

就在卡尔和他的团队进行实验研究的时候，东北大学著名物理学教授阿伦·班西尔(Arun Bansil)和博士生塞特·莱恩(Chistopher Lane)正在研究理论可能性，以了解这是如何发生的。

Bansil解释说，当电子被带正电荷的原子核吸引，被带负电荷的电子排斥时，它们就会不停地来回跳动。但在这种情况下，这些电荷的排列方式是将电子聚集成特定的模式。

班西尔说:“它们产生的这些区域，如果你愿意，在潜在的环境中有某种沟壑，这些沟壑足以迫使这些电子产生电荷。”“电子会形成水坑的唯一原因是那里有一个潜在的洞。”

班西尔说，这些沟渠可以说是量子力学和物理因素共同作用的结果。

当两个重复的图案或网格被抵消时，它们就会组合成一个新的图案(你可以在家里通过重叠两个扁平梳子的齿来复制这个图案)。每一种2D材料都有一个重复的结构，研究人员证明，当这些材料堆叠时所产生的图案决定了电子最终会到达哪里。

“这就是量子力学对水坑有利的地方，”卡尔说。“它几乎是在引导那些电子水坑停留在那里，而不是其他地方。它很吸引人。”

虽然对这一现象的了解仍处于初级阶段，但它有可能影响电子、传感和探测系统以及信息处理的未来。

卡尔说:“在这一点上，令人兴奋的是能够潜在地证明一些人们以前从未想到在室温下会存在的东西。”“现在，天空是我们如何驾驭它的极限。”

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