五电子液滴中库仑液体相的实验证据：介观碰撞揭示强关联电子集体行为

这篇研究通过精确操控含1-5个电子的液滴在Y形结中的碰撞行为，首次在介观尺度观测到库仑液体相（Coulomb liquid）的强关联特征。团队创新性地采用表面声波（SAW）输运技术和多变量累积量分析，揭示了电子液滴分裂过程中高阶全关联（all-body correlations）的涌现规律，为理解从少体相互作用到集体行为的跨越提供了新范式。研究建立的伊辛模型（Ising model）和有限尺寸标度方法，为探索量子霍尔态（quantum Hall states）和任意子统计（anyon statistics）等拓扑物态开辟了新途径。

　　

介观尺度下的电子液滴碰撞实验

研究团队设计了一种基于砷化镓（GaAs）异质结的半导体器件，通过表面声波（SAW）在单个势阱中精确装载1-5个电子形成"电子等离子体液滴"。这种液滴被引导至Y形结进行分裂，利用量子点（QD）和量子点接触（QPC）构成的单电子探测器记录分裂后的电子数分布。实验创新性地采用30皮秒级精度的电压脉冲控制，确保电子被同步注入同一SAW势阱最小值，为研究少电子体系的相互作用提供了理想平台。

多变量累积量揭示关联规律

通过分析电子分裂概率P_(N?n,n)，研究团队构建了高阶多变量累积量κ_k。当电子分散在不同SAW势阱时，κ_k>1趋近于零，符合独立粒子统计；而当N≥3个电子共处同一势阱时，所有阶次的κ_k均呈现显著非零值。特别值得注意的是，κ₂呈现负值（-0.21±0.03），表明电子间存在库仑排斥导致的抗聚束效应（antibunching）。高阶累积量随N的增加呈现N^?k+1标度律，这正是强关联液体相的标志性特征。

伊辛模型与相变类比

研究团队发现，电子分裂数据与完全连接图上的伊辛模型（Ising model on complete graph）高度吻合。该模型将每个电子的分裂路径视为自旋变量，库仑排斥对应反铁磁耦合（U>0）。拟合结果显示，当N=5时有效温度T=25K，对应奈尔温度（Néel temperature）T_N=UN/2k_B，表明体系处于反铁磁有序相（即库仑液体相）。相图分析揭示，该系统的关联强度随电子数增加而增强，N=3时即已显现集体行为特征。

蒙特卡洛模拟验证强关联态

通过经典蒙特卡洛模拟，团队重构了电子在四次方-抛物线约束势（quartic-parabolic potential）中的空间分布。模拟采用实际器件参数：势垒高度V_b=27.5meV，阱间距y₀=220nm，纵向振荡频率ω_x=1.5THz。结果显示电子呈现明显的空间关联，密度分布与实验测量的累积量数据高度一致。这种关联在Δ=21mV的偏压条件下达到最强，对应κ₁=0.5的对称分裂构型。

展望量子模拟新方向

该研究建立的少电子碰撞方法为探索更多奇异量子态铺平了道路。在强磁场下，电子液滴可能形成拉夫林态（Laughlin state），其分裂统计将呈现分数电荷和任意子特征。该方法还可拓展至冷原子模拟器（cold-atom simulators），用于研究规范场论（gauge theories）预测的新型拓扑序。这些发现不仅深化了对介观系统多体物理的理解，也为量子信息处理的元件设计提供了新思路。