科学家们首次拍摄到原子热振动的图像，揭示出可能重新定义量子和纳米电子设备设计的隐藏模式。

研究先进电子和量子器件中原子级行为的科学家们成功捕获了原子热振动的首张显微图像。这一发现揭示了一种以前从未见过的原子运动类型，该类型原子运动可能在量子技术和极薄电子产品的未来设计中发挥关键作用。

马里兰大学材料科学与工程系的助理教授张毅超开发了一种新的电子显微镜技术，使研究人员能够直接观察到一种被称为“莫尔相子”的现象。这些振动会影响热量和电流在二维材料中的传播方式，而二维材料是下一代量子和电子应用的重要候选材料。包括首次记录的显示单个原子热振动的图像在内的这项研究成果于7月24日发表在《科学》杂志上。

二维材料是极薄的片状结构，厚度仅为几纳米。科学家们正在探索将其作为未来量子和电子器件的有前途的构成单元。当这些材料发生扭曲时，会呈现出称为莫尔相（moire phasons）的图案。这些图案对于理解材料如何导热、表现电子特性以及保持结构完整性至关重要。迄今为止，在实验室中观察莫尔相极具挑战性，这限制了科学家充分了解这些材料在推动量子计算和节能技术方面的潜力。

电子ptychography：一种革命性的成像技术

张翔的研究团队采用了一项名为“电子ptychography”的新技术来应对这一挑战，该技术实现了有记录以来的最高分辨率（优于15皮米），并检测到了由热振动引起的单个原子的模糊。她的研究表明，空间局域化的莫尔条纹相子主导了扭曲二维材料的热振动，从根本上改变了科学家对其影响的理解。

这项突破性研究证实了长期存在的摩尔超晶格位相的理论预测，还表明“电子ptychography技术”可首次以原子精度绘制热振动图，而这是以往实验技术无法达到的能力。

张翔表示：“这就像是在破解原子运动的隐藏语言。电子ptychography让我们能够直接观察到这些细微的振动。现在我们拥有了一个强大的新方法，去探索之前隐藏的物理学领域，这将加速二维量子材料领域的发现。”

张的研究团队接下来将重点关注如何解决量子和电子材料中热振动受缺陷和界面的影响问题。控制这些材料的热振动行为，可以设计出具有定制热学、电子学和光学特性的新型器件，从而为量子计算、节能电子和纳米传感器等领域的发展铺平道路。

参考文献：《利用电子ptychography技术逐原子成像摩尔超晶格中的相位子》，作者：张一超、巴拉尔·阿哈默德、桑贤铉（Sang Hyun Bae）、李洽豪、黄杰夫、穆罕默德·阿比尔·侯赛因、陶菲克·拉基卜、阿伦德·M·范德赞德、埃利夫·埃尔特金、黄平杉，发表于2025年7月24日，《科学》杂志。DOI：10.1126/science.adw7751

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