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二維電子氣，英文名是two-dimensional electron gas簡稱2DEG。這其實是物理學家在處理電子系統時的一個理論模型。如果我們想要得到二維電子氣就需要滿足兩點，一是這個電子系統是二維的，二是這個電子系統可以看成電子氣。什麼是電子氣呢？我們可以想象一下平時的空氣，空氣中的分子在普通情況下可以忽略它們之間的相互作用，因此在理論處理時就會方便很多。電子氣也是同樣的道理，如果一個電子系統可以看成是電子氣，那麼往往電子之間的相互作用是可以忽略不計的，這樣我們就可以用二維自由氣體模型來處理。
很多人更關心的可能是，哪裡有二維電子氣呢？我們應該怎麼把電子限制在二維運動呢？最常見的二維電子氣存在於半導體制成的晶體管中，比如MOSFET，即金屬-氧化物-半導體場效應管，它的結構示意圖如下。當我們給門極（即圖中的Gate）加一個足夠大的負電壓時，由於庫侖作用，在半導體中的電子將會被限制在很窄的溝道內，從而形成一個二維的電子系統。將量子力學的薛定諤方程應用於二維電子氣，我們可以得到一系列分立的能級。溫度足夠低時，二維電子氣中的電子便會按照能量從低到高進行排列。
MOSFET基本結構圖
除了MOSFET，在高遷移率晶體管（HEMT）和矩形勢阱中也存在二維電子氣。高遷移率晶體管也是一種場效應管，由兩種不同的半導體材料形成的異質結構成。電子會被限制在異質結形成的勢阱中，從而形成二維電子氣。由於HEMT的結構沒有進行半導體摻雜，避免了雜質引起的散射效應，因而具有更高的遷移率。
半導體異質結基本結構圖
我們為什麼要研究二維電子氣呢？總的來說，就是因為它簡單。我們上面瞭解到，二維電子氣的電子可以認為是無相互作用的。因此二維電子氣為我們研究電子基本性質和材料基本性質提供了一個很好的平臺。量子霍爾效應最初就是在二維電子氣中發現了，並導致了兩項諾貝爾物理學獎，就是1985年的整數量子霍爾效應以及1998年的分數量子霍爾效應。
二維電子氣導致的兩次諾獎獲得者，分別是馮·克利青（上）和崔琦（下）
