想像一下一隻青蛙在一個一側有開口的盒子裡。能不能逃走，就看它的能量有多少了。如果它能跳得足夠高，理論上是可以到達開口處的。但成功需要的不僅僅是跳得高。但也必須通過那個開口。
固體材料中的電子行為驚人地相似。當它們獲得額外的能量時（例如當材料受到其他電子轟擊時），它們有時可以從固體中逃逸。這一過程已為人所知數十年，並且是許多技術的基礎。然而，直到最近，科學家們還無法精確計算。維也納工業大學多個小組的研究人員找到了解決方案。就像青蛙必須找到正確的開口一樣。電子還必須尋找特定的“出口”，稱為“網關態”。
安裝簡單，效果意想不到
該研究的第一作者、維也納工業大學應用物理研究所的安娜·尼加斯（Anna Niggas）解釋說：“電子相對緩慢地出現的固體在物理學中發揮著重要作用。從這些電子的能量中，我們能夠提取有關這種材料的有價值的信息。”
在任何材料中，電子都可以以多種能量存在。只要它們低於功率限制，它們仍然會被卡住。當材料接收到額外的能量時，一些電子可能會超過此限制。
維也納工業大學原子和等離子體物理組組長理查德·威廉教授說：“我們可以假設，一旦有足夠的能量，這些電子就會離開材料。” “如果這是真的，那麼事情就會更簡單：我們可以只查看材料內部電子的能量，並直接推斷出哪些電子應該出現在外部。但事實證明，事實並非如此。”
理論模型和實驗結果常常不一致。這種差異尤其令人困惑，因為“不同的材料，例如具有不同層數的石墨烯結構，它們可以具有非常相似的電子能級。但它在釋放的電子中也表現出完全不同的行為，”Anna Niggas 說。
沒有門就沒有出口。
關鍵的發現是能量本身並不能決定電子是否逃逸。有些量子態高於能量閾值，但仍然無法從材料中去除。這是前幾代人所缺失的事實。 “從動態角度來看，電子不再束縛在固體上。它具有自由電子能量。但它們仍然保留在固體所在的空間位置，”理查德·威廉說。電子的行為就像一隻青蛙，跳得足夠高，但卻找不到出口。
理論物理研究所的 Florian Libisch 教授解釋說：“電子必須處於一種非常特定的狀態。這些狀態稱為門態。” “這些狀態與固體中出現的狀態密切相關。並非所有具有足夠能量的狀態都是門狀態 – 只有那些具有代表性的狀態。‘一扇只向外部打開的門’。”
“我們第一次證明，電子譜的形狀不僅僅取決於材料本身。而且它對於這種共振門是否存在以及在哪裡存在也非常重要，”安娜·尼加斯（Anna Niggas）說。有趣的是，其中一些狀態只有當超過五層材料堆疊在一起時才會出現。這一見解為精密層狀材料在研究和先進技術中的設計和應用提供了新的機會。
