Naukowcom po raz pierwszy w historii udało się uzyskać kryształ Wignera, składający się wyłącznie z elektronów
Po raz pierwszy w historii inżynierom z ETH Zurich udało się uzyskać prawdziwy kryształ, który składa się wyłącznie z elektronów. Tak zwane kryształy Wignera zostały teoretycznie przewidziane 90 lat temu, ale dopiero teraz można je było obserwować na żywo bezpośrednio w materiale półprzewodnikowym.
Jak można było stworzyć i obserwować kryształ z elektronów?
W normalnych warunkach zachowanie elektronów przypomina zachowanie cieczy swobodnie przepływającej przez materiał. Ale już w 1934 roku fizyk teoretyczny Yu. Wigner sformułował teorię, zgodnie z którą grupa elektronów jest całkiem zdolna do krystalizacji do postaci stałej, tworząc fazę, którą obecnie nazywa się kryształem Wignera.
Tak więc, zgodnie z teorią, w tym celu trzeba „złapać” idealną równowagę między siłami, takimi jak odpychanie elektrostatyczne, a energią ruchu.
Tak więc energia ruchu jest znacznie potężniejszym czynnikiem, który powoduje, że elektrony odbijają się w różnych kierunkach. Ale gdyby tę siłę można było zmniejszyć (zgodnie z założeniem Wignera), to siła odpychająca miałaby silniejszy wpływ na elektrony, a tym samym zablokowałaby je w jednorodnej sieci.
Tak więc przez wiele dziesięcioleci różne grupy inżynierów próbowały potwierdzić teorię Wignera i stworzyć kryształ składający się z elektronów, ale okazało się to dość trudnym zadaniem.
W końcu do tego trzeba zmniejszyć gęstość elektronów. Dodatkowo muszą być umocowane w „pułapce”, a także schłodzone do temperatury bliskiej zeru bezwzględnego, aby zminimalizować wpływ na nie czynników zewnętrznych.
Jak uzyskano kryształ Wignera
I tylko naukowcom z ETH Zurich udało się spełnić wszystkie wymagania dotyczące uzyskania kryształu Wignera. Tak więc, aby ograniczyć elektrony, zastosowano jednoatomowy arkusz diselenku molibdenu, który skutecznie ograniczył elektrony do dwóch wymiarów.
Aby kontrolować liczbę elektronów, inżynierowie umieścili ten materiał między dwiema elektrodami grafenowymi i przyłożyli minimalne napięcie. I tak ta struktura została schłodzona do prawie zera absolutnego.
Tak więc w wyniku takich manipulacji pojawił się kryształ Wignera. Ale okazało się, że to tylko połowa sukcesu, bo odległość między elektronami okazała się tak mała (około 20 nanometrów), że nie dało się zobaczyć kryształu pod mikroskopem.
Aby zwizualizować kryształ, naukowcy postanowili zastosować nową metodę. Postanowiono skierować na materiał strumień światła o stałej częstotliwości, aby: rozpocząć proces wzbudzania w półprzewodniku tzw. „wzbudzeń”, które emitują światło plecy.
Jeśli kryształy Wignera są obecne, ekstiony powinny wyglądać nieruchomo, gdy odbijają światło.
Co więcej, efekt ten powinien przejawiać się w obserwowanych częstotliwościach wzbudzeń ekscytacji i dokładnie to zaobserwowali naukowcy podczas eksperymentu, aby uzyskać kryształ Wignera.
Naukowcy podzielili się wynikami prac wykonanych na łamach czasopisma Nature.
Jeśli materiał Ci się spodobał, oceń go i nie zapomnij zasubskrybować kanału. Dziękuję za uwagę!