據最新一期《自然》雜志報道，美國麻省理工學院物理學家在純粹的結晶中成功捕獲了電子。這是科學家們首次在三維材料中實現了電子平面帶。通過一些化學操作，研究者表明，晶體可以轉化為超導體。這一成果為科學家們在3d材料中探索超導性和其他奇異的電子狀態打開了大門。

每一個電子都有自己的能量。但是，如果一種物質的電子被困在一起，它們就會像成為一體一樣，進入完全相同的能量狀態。在物理學上，這種集體行動被稱為“電子帶域”。科學家預測，當電子處于這種狀態時，會受到其他電子量子效應的影響，以協調的量子方式行動，會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，可以進行電子捕獲狀態，這種合成晶體的原子排列方式類似于日本的編籃藝術《籠目》的畫。在這種特殊的幾何結構中，電子并不是在原子之間跳躍，而是被關在籠子里穩定地坐落在同一個能量帶內。

據研究人員稱，這種平面條帶狀態僅通過在特定的三維“籠目”幾何結構中排列的原子組合就可以使用幾乎所有原子的組合。這個結果是科學家3d材料中的稀有探索電子狀態的新方法提供了更優化，這些材料，最終超高效的電線，超級計算量子位和更加快速而智能的電子設備有望可以提供。

研究人員在實驗室中合成了鈣和鎳的燒綠石晶體。在將光電子光譜分成特殊類別后，他們用大約半小時的時間測量了合成晶體樣本中數千個電子的能量。大部分晶體中的電子顯示出完全相同的能量，證明了3d材料的平帶狀態。

研究人員用銠和釕合成了同一晶體幾何結構，并計算出這種化學交換可以將電子的平帶寬轉換為零能量，自動誘發超導。其結果是，元素的組合略有不同，合成一個新的晶體時，在像超導體一樣的3d幾何結構中，晶體的電子顯示水平帶，出現超導狀態。

電子會在導電物質中移動，在大多數情況下，這些帶電粒子會來回旋轉，而不是與其他電子“配對”，但在一種情況下，會出現平坦的電子帶。此次物理學家在純粹的結晶中捕捉到他們的這種狀態，在3d材料中首次實現了平衡電子帶。這種稀有電子狀態的本質，可以為科學家了解3d材料中的稀有電子狀態提供新的方法。