beat365官方网站量子材料科學中心劉陽課題組使用自研高精度、極低溫電容測量手段首次系統化、定量化的研究了Wigner晶體的動态響應。相關研究成果以“Wigner晶體的動态響應”（Dynamic Response of Wigner Crystals）為題，于2023年6月15日在線發表于《物理評論快報》（Physical Review Letters）。

Wigner晶體是一種有序的電子陣列，由E. Wigner于1934年提出。在極高磁場的量子極限下，電子僅占據最低的朗道能級。此時電子動能淬滅，在電子-電子間相互作用主導下，電子傾向于周期性排布以使得基态能量最低。作為最早提出的由電子-電子相互作用穩定的多體相之一，Wigner晶體自提出以來一直廣受人們關注。Wigner晶體的形成對電子系統的質量要求極高、對環境要求苛刻，目前僅在液氦表面、砷化镓/鋁镓砷(GaAs/AlGaAs)等異質結構以及一些二維層狀材料中的二維電子系統中有所報導。在實際樣品中，存在着一些殘留的無序，而這些随機分布的無序化破壞了電子體系的平移對稱性，使得電子不能自由移動，所以釘紮住的Wigner晶體對外表現為絕緣态。在近幾十年對Wigner晶體的實驗研究中，各種測量方法不斷湧現。但是，仍然缺乏一種能夠定量反映Wigner晶體中電子運動規律的研究手段。

趙利利等人實現了一種高精度、低激勵、極低溫的無源電容橋測量方法。這種測量方案可以在從10mK到室溫的連續變溫過程中測量樣品電容以及電導的變化，非常适合研究量子系統的物理特性以及與溫度相關的變化趨勢[1, 2]。他們将該方法用于研究具有低濃度、高遷移率的GaAs/AlGaAs中的二維電子系統，在朗道能級填充因子小于1/5時觀測到了伴随着電導消失的巨大電容響應（如圖1藍色區域所示）。在外加電場的作用下，周期排布的電子集體運動産生極化電荷，對外表現出了電容性的響應。通過構建電子的運動模型，由電容可以推算出Wigner晶體的一系列物理參數大小，如釘紮強度、相幹長度、介電系數和彈性模量等。此外，趙利利等人進一步研究了電子體系随溫度的固-液相變，并通過改變測量頻率研究了Wigner晶體的諧振現象（圖2）。這一實驗首次使用同一測量手段對單個樣品中形成的Wigner晶體的衆多特性進行了系統性研究，這些實驗結論的一緻性也對推進Wigner晶體的理論研究具有重要意義。

beat365官方网站量子材料科學中心博士研究生趙利利為該工作的第一作者，劉陽為通訊作者。該工作所用GaAs/AlGaAs異質結樣品由普林斯頓大學電子工程系Loren Pfeiffer課題組和南京大學現代工程與應用科學學院材料科學與工程系蘆紅課題組提供。

圖1電容和電導随磁場變化的測量數據，插圖為電橋測量示意圖。

圖2(a)固-液轉變相圖；(b)諧振響應。

參考文獻：

[1] L. Zhao, W. Lin, X. Fan, Y. Song, H. Lu, and Y. Liu, Rev. Sci. Instrum. 93, 053910 (2022).

[2] L. Zhao, W. Lin, Y. J. Chung, K.W. Baldwin, L. N. Pfeiffer, and Y. Liu, Chin. Phys. Lett. 39, 097301 (2022).

[3] Lili Zhao, Wenlu Lin, Yoon Jang Chung, Adbhut Gupta, Kirk W. Baldwin, Loren N. Pfeiffer, and Yang Liu, Phys. Rev. Lett. 130, 246401

論文鍊接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.246401