你从未见过这样的原子：揭示隐藏的运动

马里兰大学材料科学与工程系助理教授张一超开发了一种电子显微镜技术，可直接成像“莫尔相位子”——一种影响下一代电子和量子设备中二维材料超导性和热传导的物理现象。这项记录了单个原子热振动图像的研究论文于7月24日发表在《科学》期刊上。（参见下方视频链接。）

厚度仅几纳米的片状二维材料正在被探索作为下一代量子和电子器件的新组件。扭曲二维材料中的关键特征“莫尔相位子”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，莫尔相位子难以通过实验检测，阻碍了对这类可能革新量子技术和高能效电子器件的材料的进一步理解。

张一超研究团队通过名为"电子叠层衍射成像"的新技术应对这一挑战，该技术实现了有记录的最高分辨率（优于15皮米），并检测到由热振动引起的单个原子模糊现象。她的工作揭示：空间局域化的莫尔相位子主导着扭曲二维材料的热振动，这从根本上重塑了科学家对其影响的理解。

这项突破性研究不仅证实了关于莫尔相位子的长期理论预测，还首次证明"电子叠层衍射成像"能以原子精度测绘热振动——这是此前无法企及的实验能力。

"这如同破译原子运动的隐秘语言，"张一超表示，"电子叠层衍射成像让我们直接观测这些微妙振动。现在我们拥有强大的新方法来探索先前隐匿的物理现象，这将加速二维量子材料的发现进程。"

张一超团队下一步将聚焦于解析量子和电子材料中缺陷与界面如何影响热振动。控制这些材料的热振动行为有望设计出具有定制化热学、电子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级传感器的发展铺平道路。