金屬里的電子會結(jié)晶，還能像冰化成水一樣熔化。密歇根大學(xué)工程師的最新發(fā)現(xiàn)，可能為類腦計算和超導(dǎo)材料打開新方向。

研究團(tuán)隊(duì)首次觀察到，多種金屬中的電子會形成類晶體圖案，這些"電子晶體"可以發(fā)生形變并進(jìn)入熔化狀態(tài)。論文通訊作者、材料科學(xué)與工程副教授Robert Hovden表示："這些量子結(jié)構(gòu)通常被認(rèn)為高度有序，實(shí)際上它們跨越了從有序到無序的連續(xù)譜系，這種特性可以被利用來設(shè)計和控制材料。"

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的核心在于"電荷密度波"——一種電子周期性聚集形成的波狀圖案。在導(dǎo)體中，自由電子通常均勻分布；但在特定條件下，它們會聚合成等間距的團(tuán)簇，形成高低密度交替的周期性結(jié)構(gòu)。這種排列與晶體的原子結(jié)構(gòu)類似，因此被稱為"電子晶體"或"晶體中的晶體"。

Hovden團(tuán)隊(duì)成功在二維硫化鉭薄片中熔化了電荷密度波。雖然未能實(shí)現(xiàn)完全液態(tài)的電子結(jié)構(gòu)，但他們觀察到電子的有序排列消失，進(jìn)入了類似液體無序狀態(tài)的中間相。這與超薄晶體熔化時的行為一致：原子間距變得不規(guī)則，晶格行發(fā)生位錯，形成標(biāo)志性的六邊形圖案。

精確調(diào)控電子晶體結(jié)構(gòu)具有雙重應(yīng)用前景。一方面，超導(dǎo)態(tài)常與電荷密度波的缺陷共存，編輯這些結(jié)構(gòu)可能實(shí)現(xiàn)對超導(dǎo)體的精準(zhǔn)控制。另一方面，電荷密度波會阻斷部分導(dǎo)體的電流傳導(dǎo)，工程師可借此快速切換金屬的導(dǎo)電/絕緣狀態(tài)——這種切換機(jī)制類似于腦細(xì)胞的電信號傳遞，有望推動低能耗、高吞吐的類腦計算發(fā)展。

Hovden將這一方向命名為"量子冶金"。傳統(tǒng)冶金學(xué)通過控制金屬中的缺陷來獲得特定性能，量子冶金或可采用類似思路，通過調(diào)控量子材料中的無序狀態(tài)來釋放其應(yīng)用潛力。