根據量子力學定律，電子錶現為粒子或波。與水庫的牆壁類似，“靜電勢牆”可以用來將電子限制在所需的空間區域，物理學家稱之為“量子畜欄”。限制電子使物理學家可以和它們一起工作，就像“盒子裡的粒子”在本科水平的量子力學中練習一樣。但是含有電子的材料所產生的對稱性也可以用來限制它們，而不需要使用大的勢壘。事實上，在原子厚度的所謂“量子材料”中，電子動量可以變得非常特殊。
以至於如果產生小電流，電子就擁有非常精確的動量。電子對動量的幾種選擇是如此的具體，以至於它們甚至被命名為“谷”。鐵電性是內在電偶極矩產生的，在原子厚度較薄的材料中加入鐵電，由於形成這種材料的原子對稱性降低，谷的數量就會減少：在這裡研究的材料中（SnTe(“碲化錫”)單層）這種鐵電會使最近的原子水平位移，從而使可用谷的數量減少到只有兩個。在與中國和德國實驗小組合作進行的理論工作中：
- （博科園-圖示）鐵電單分子層上駐波的演示：(a)單分子層的實驗圖像，箭頭表示本徵偶極矩的方向，垂直深色特徵是域牆。(b)駐波的實驗和理論驗證。(c)表示與觀測到駐波有關的各區域動量失配圖。圖片：University of Arkansas
博士生布蘭登·j·米勒(Brandon J. Miller)和物理學副教授薩爾瓦多·巴拉扎-洛佩斯(Salvador Barraza-Lopez)重新創建了圖(a)中實驗觀察到的SnTe單層，以驗證駐波的產生(b)。這些結果在很多方面都很重要，首先在二維材料中證明了鐵電性與谷自由度之間的一種新耦合，這樣鐵電性就可以用來控制可用谷的數量。(基於谷自由度的電子器件，如基於這些鐵電疇的存儲器件，已經被其他科學家提出，但這裡觀察到的谷與鐵電行為的耦合是全新的)。
此外，對疇壁間距的瞭解，以及在給定偏壓下顯示建設性干擾的亮點的數量，使推斷這些鐵電體的電子結構成為可能，使實驗技術首次對預測的電子結構進行已知的確認。二維準粒子駐波是由相干量子態的干涉產生，通常是由邊緣散射、原子臺階或引起較大勢壘的原子引起。駐波接近價帶最大值(EV)，受新發現的鐵電單分子層電中性疇壁的限制，如空間分辨掃描隧穿光譜所示，這些結果顯示了極化調諧電子學在二維鐵電體中的應用潛力。
博科園｜研究/來自：阿肯色大學
參考期刊《物理評論快報》
DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.206402
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