瑞士巴塞爾大學和德國慕尼黑工業大學研究人員開發出一種利用光學信號探測維格納晶體內部電子集體運動的方法。他們發現，光激發產生的激子與維格納晶體中電子的有序排列發生耦合，可形成具有特征性光學信號的“維格納晶體極化子”，從而揭示這種特殊量子態此前難以獲取的內部動力學信息。相關研究發表於新一期《自然·物理學》雜志。

維格納晶體是一種特殊的量子物態。當電子被限制在二維平面內，且電子之間的相互作用足夠強時，它們不再彼此獨立運動，而會形成規則排列的晶格。與普通晶體不同，這種晶格不是由原子排列形成的，而是由電子之間的相互作用產生。

雖然科學家已經在多種物理體系中觀測到維格納晶體，但要進一步了解其中電子如何運動、相互作用仍然很困難。

此次研究中，研究人員選用單原子層厚的二硒化鎢作為實驗材料，並將其冷卻至僅比絕對零度高幾攝氏度。隨后，他們用光照射材料並測量反射光，發現了一系列新的光學特征。

研究人員發現，這些光學特征與電子的集體運動有關。光照產生的激子與維格納晶體中的電子發生相互作用，形成“維格納晶體極化子”。這一過程會在反射光中留下特征信號，研究人員由此可間接獲取晶體內部電子集體運動的信息。

研究還發現，電子之間相互作用越強，產生的光學信號也會隨之發生變化。因此，通過分析反射光，研究人員不僅可探測維格納晶體的存在，還能進一步了解電子之間的相互作用及其集體行為。

為解釋實驗結果，研究人員建立了理論模型，描述激子與維格納晶體中電子集體運動之間的耦合過程。理論分析結果與實驗觀測相符。

研究結果表明，原子級薄材料為觀察有序量子態中電子的集體運動提供了一個很有前景的平台，這為進一步理解強關聯物質的內部動力學開辟了新途徑。（記者張佳欣）