最近在《自然》杂志上详述的一项实验挑战了我们对电子在量子材料中的行为的传统看法。使用称为二碲化钨的材料的堆叠层，研究人员观察到二维电子的行为就像它们在单一维度中一样， 在此过程中创造了研究人员声称的新电子物质状态。

艺术家对图案的插图，在法国织物之后被称为云纹，它在团队创造的扭曲分层材料中发展。这种模式是产生发现的不寻常量子电子行为的关键。图片来源：普林斯顿大学物理系的 JF Podevin

“这真的是一个全新的视野，”普林斯顿大学物理学助理教授、该论文的资深作者吴三峰说：“我们能够通过这个实验创造一个新的电子相——基本上是一种新型的金属态。”

我们目前对金属中相互作用电子行为的理解可以用一种理论来描述，该理论适用于二维和三维系统，但在描述一维中电子的相互作用时就会崩溃。

这个理论描述了我们所知道的大部分金属，它指出，金属中的电子虽然相互作用很强，但应该表现得像自由电子，只是它们在某些特征量上可能具有不同的值，例如质量和磁矩。

然而，在一维系统中，这种“费米液体理论”让位于另一个理论“Luttinger 液体理论”来描述电子之间的相互作用。

Luttinger 液体理论为理解一维相互作用电子提供了一个基本起点，一维晶格中的电子之间的相关性如此之强，以至于从某种意义上说，它们开始不像自由电子那样发挥作用。

费米液体理论最早是由诺贝尔奖获得者 LD Landau 提出的。路廷格的理论在被物理学家广泛接受之前，经历了一个漫长的完善过程。日本诺贝尔奖得主友永信一郎在 1950 年代首先提出了一个理论模型，并于 1963 年晚些时候由 JM Luttinger 独立制定。

然而，Luttinger 提供了一个不充分的解决方案，因此普林斯顿大学的数学家和物理学家 Elliott Lieb，今天是 Eugene Higgins 物理学名誉教授，在 1965 年接受了挑战，最终提供了一个正确的解决方案。另一位物理学家和诺贝尔奖获得者、普林斯顿谢尔曼费尔柴尔德大学物理学教授 F. Duncan Haldane 于 1981 年使用该模型来了解一维金属的相互作用效应。霍尔丹创造了“Luttinger 液体”一词，并为现代 Luttinger 液体理论奠定了基础，将其作为一维金属的一般描述。

长期以来，这两种理论——费米液体理论和卢廷格液体理论——一直是我们理解凝聚态物理中电子行为的核心，根据它们的维度。

但有迹象表明，电子的相互作用比这种简单的分类要复杂得多。另一位诺贝尔奖获得者、普林斯顿物理学家菲利普·安德森在 1990 年代提出，可能存在某些“奇特的”案例，在这些案例中，二维系统中的电子行为在极少数情况下也可能遵循 Luttinger 液体理论的预测。换句话说，尽管二维系统中的电子通常可以用费米液体理论来解释，但安德森想知道这些电子是否违反直觉可以表现为 Luttinger 液体，就好像它们处于一维系统中一样。

这在很大程度上是假设性的。没有任何实验可以与这些外来病例相关联。

研究人员创造了一种由钨 (W) 和碲化物 (Te) 制成的装置，它们位于两个相互堆叠的晶体层中，并且相互之间仅扭曲了几度。由此产生的扭曲双层二碲化钨表现出奇怪和意想不到的特性。图片来源：王鹏杰

通过实验，吴和他的团队发现，在一种特殊的二维材料结构中，当冷却到非常低的温度时，电子突然开始表现出 Luttinger 液体理论所预测的行为。换句话说，它们就像一维状态的相关电子。

“这可能有助于打开一个全新的窗口来观察物质的新量子相，”他说。“在接下来的几年里，我们将看到这项研究的许多新发现。”