據最新一期《自然》雜志，美國麻省理工學院物理學家成功地在純晶體中捕獲到電子。這是科學家首次在三維（3D）材料中實現電子平帶。通過一些化學操作，研究人員還展示了他們可將晶體轉變為超導體。這一成果為科學家在3D材料中探索超導性和其他奇異電子態打開了大門。

每個電子都有自己的能量。但當一種材料的電子被困在一起時，它們可以進入完全相同的能量狀態，仿佛合而為一。這種集體行為在物理學中被稱為電子“平帶”?？茖W家預測，當電子處于這種狀態時，會受到其他電子量子效應的影響，并以協調的量子方式行動，然后就可能出現超導和獨特形式的磁性等奇異行為。

由于晶體的原子幾何結構，實現電子的俘獲狀態是可能的，這種合成晶體的原子排列方式類似于日本編籃藝術“籠目”中的圖案。在這種特殊的幾何結構中，電子并沒有在原子之間跳躍，而是被“關在籠子里”，并穩定地處在相同能帶中。

研究人員說，這種平帶狀態幾乎可用任何原子組合來實現，只要它們排列在特定的3D“籠目”幾何結構中即可。這一結果為科學家探索3D材料中的稀有電子態提供了一種新方法，將這些材料進一步優化，最終有望帶來超高效率的輸電線、超級計算量子位以及更快、更智能的電子設備。

研究人員在實驗室用鈣和鎳合成了一種燒綠石晶體。通過角分辨光電子能譜，他們在大約半小時內測量了合成晶體樣品中數千個電子的能量，發現絕大多數晶體中的電子表現出完全相同的能量，證實了3D材料的平帶狀態。

研究人員用銠和釕合成了相同的晶體幾何結構，他們計算出，這種化學交換應該會將電子的平帶轉變為零能量，這種狀態會自動導致超導。結果表明，當元素組合略有不同并合成一種新晶體時，在相同的類似籠目的3D幾何結構中，晶體的電子顯示出平帶，并且出現超導狀態。