你从未见过这样的原子：一种隐藏的运动被揭示

马里兰大学材料科学与工程系助理教授张艺超开发了一种电子显微技术，可直接观测"摩尔声子"——这种物理现象将影响新一代电子和量子器件中二维材料的超导性与热传导。相关研究论文于7月24日发表于《科学》期刊，首次记录了单个原子热振动的图像。（参见下方视频链接）

厚度仅数纳米的二维片状材料正被探索作为下一代量子与电子器件的新组件。扭曲二维材料中的"摩尔声子"特征对于理解材料的热导率、电子行为和结构有序性至关重要。此前摩尔声子难以通过实验检测，阻碍了人们对这类可能颠覆量子技术与高能效电子器件的材料的深入理解。

张艺超研究团队采用名为"电子叠层成像术"的新技术突破这一难题，实现了创纪录的高分辨率（优于15皮米），并检测到由热振动引起的单个原子模糊现象。其研究揭示空间局域化的摩尔声子主导着扭曲二维材料的热振动，从根本上改变了科学家对其影响机制的认识。

这项突破性研究不仅证实了关于摩尔声子的长期理论预测，还首次证明"电子叠层成像术"能以原子级精度绘制热振动图谱——这是以往实验技术无法实现的能力。

"这就像破译原子运动的密码，"张艺超表示，"电子叠层成像术让我们直接观测这些微妙振动。现在我们拥有探索未知物理现象的新方法，将加速二维量子材料的发现进程。"

该团队下一步将重点研究量子与电子材料中缺陷和界面如何影响热振动。通过控制这些材料的热振动行为，有望设计出具有定制化热学、电学和光学特性的新型器件，为量子计算、高能效电子学和纳米传感器的发展铺平道路。