在粒子世界中，有时候二比一好，比如2个电子结合在一起会赋给材料超导特性。最近，麻省理工学院团队在一种二维磁性材料中发现1个电子和1个声子以某种方式结合在一起，测量发现它们彼此的吸引力比以往已知任何电子-声子混合粒子都还强10倍，可能有助于开发更小、更快、更节能的电子设备。
现代凝聚态物理学研究重点之一是寻找物质在纳米尺度上的相互作用，此时材料的原子、电子和其他亚原子粒子之间相互作用可能出现令人惊讶的结果。
2018年，韩国一个团队在研究二维NiPS3磁性材料（注）时，发现了某些意料之外的相互作用，似乎有混合粒子出现迹象。
于是麻省理工学院团队想试着检测混合粒子。通常，电子和亚原子粒子运动速度都太快所以难以成像，为解决这问题，团队使用超快激光脉冲对准NiPS3样品发射，第一个脉冲负责刺激样品，第二个脉冲负责捕捉样品的状态变化，利用这种方式推断出材料内不同粒子的相互作用。
实验证明，当样品冷却到零下123℃左右会变成反铁磁性，且混合粒子此时才出现，由d轨道电子特定声子组成。进一步建模结果显示，这种电子-声子结合的力比其他已知电子-声子混合粒子还要强约10倍。更重要的是，科学家可通过控制电子或声子来挑整混合粒子的电气特性与磁性。
在二维NiPS3磁性材料中强烈相互作用的电子与声子示意图。
麻省理工学院团队表示，这种可调整的粒子组合对电子产品产生重大影响，也许我们可以“调整”某些材料中的混合粒子、创造出新型磁性半导体，为消费者带来更高效、更高性能、尺寸更小的设备。
新论文发布在《自然通信》（Nature Communications）期刊。
注：二维NiPS3磁性材料在零下123℃左右会变成反铁磁性，其微观结构类似原子蜂窝晶格，其中相邻电子自旋呈相反方向排列。
（图片来源：麻省理工学院）