由奇异物理定律支配的隐藏世界的想法听起来像是科幻小说中的情节。然而，最近，科学家们在一种用于完美导电的真实材料中观察到了一个隐藏的、扁平化的世界。在《美国国家科学院院刊》PNAS中，研究人员报告说，三维材料中的电子表现得好像只存在两个空间维度。
我们的生活发生在三个空间维度中：深度、宽度和高度。科学家可以设计极薄的材料来有效地消除高度，但这个位于SLAC国家加速器实验室的团队并没有这样做。在研究一种新型超导体（一种电子可以无电阻流动的物质，用于MRI机器、粒子加速器和一些量子计算机）时，他们发现了一些不寻常的东西。他们的样品由钡、铅、铋和氧制成，是完全三维的。然而，用强大的量子显微镜检查发现，其中的电子忽略了第三维度，形成了完全扁平的条纹。“超导电子自发地坍缩到这个二维系统中，没有任何物理或化学变化或特定的制造，” 智利费德里科·圣玛丽亚技术大学的物理学家、主要作者卡罗琳娜·帕拉说。
物理学家此前曾推测，这种材料可能具有他们无法测量的二维电子行为。这项新研究直接观察到了它。研究合作者、SLAC物理学家哈里·马诺哈兰说，借助研究人员的量子显微镜，“你可以获得关于样品物理参数的信息，一直到原子层面。” 该工具测量了一种称为量子隧穿效应的现象：来自显微镜内部的电子试图潜入样品中，揭示单个超导原子及其电子的特性。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来能够持续产出关于塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的报道。
俄亥俄州立大学的物理学家南迪尼·特里维迪说，这些测量揭示的电子“平面国”是很有前景的超导理论试验平台，她没有参与这项工作。她研究的是极薄超导体中的电子形成大量紧密结合的粒子岛屿的情况。马诺哈兰团队成员观察到他们的电子以相同的方式自组织——并且比科学家有意设计成扁平的材料表现出更多这种独特的行为。
查明超导体中电子的具体行为也有助于推动超导材料的发展。目前已知的大多数此类材料仅在冷却到零下数百华氏度时才能工作。这一要求是不切实际的，但物理学家还不知道哪些改变可以使它们在室温下也能完美导电，这项研究的合著者、波哥大安第斯大学的物理学家保拉·吉拉尔多-加洛说。在这项研究中测量到的一些紧密结合的电子群似乎在异常温暖时也表现出超导性。“这种材料有可能成为更高温度的超导体，” 吉拉尔多-加洛说。“是什么驱动着它是悬而未决的问题。” 答案可能就在这项新研究的二维世界中。