看清无序性如何影响二维电子形成的“晶格”

本文研究了二维电子维格纳固体（WS）在无序环境下的新物理行为。维格纳固体是电子因库仑排斥而自发形成周期性晶格的量子物态，其演化受电子-电子相互作用与电子-无序杂质相互作用的竞争支配——这是凝聚态物理中长期未解的核心难题。过去受限于缺乏单缺陷分辨的实验手段和能精确匹配真实实验条件的理论工具，相关研究进展缓慢。本工作突破了这两项瓶颈：一方面，利用原子级分辨的扫描隧道显微镜（STM），在门电压可调的双层MoSe₂（BL-MoSe₂）器件中，直接成像了电子密度（nₑ）变化下维格纳固体的演化过程；另一方面，根据实验测得的真实无序分布图（包括长程无序nLR和短程无序nSR），开展神经量子态量子蒙特卡洛（NQS-QMC）模拟，使实验与理论实现定量比对，并清晰区分不同无序类型的作用。研究发现，无序电子维格纳固体存在两个截然不同的物理区域，关键取决于短程无序密度nSR与电子密度nₑ的相对大小：当nSR ≲ nₑ时，系统由长程无序主导，展现出大面积固液混合相、新型局域再入熔化/结晶现象以及显著的弗里德尔振荡；而当nSR ≫ nₑ时，上述特征被强烈抑制，取而代之的是一个更鲁棒的‘非晶维格纳固体’相，该相能在更高电子密度下稳定存在。这表明短程无序在此区域起决定性作用。本研究建立了一套‘实验—理论深度融合’的新范式，为理解无序量子固体提供了强大而普适的研究框架。