Forskere klarte for første gang i historien å skaffe en Wigner -krystall, som bare består av elektroner
For første gang i historien klarte ingeniører ved ETH Zürich å skaffe en ekte krystall, som utelukkende består av elektroner. De såkalte Wignerkrystallene ble teoretisk spådd for 90 år siden, men først nå kunne de observeres direkte i et halvledermateriale.
Hvordan det var mulig å lage og observere en krystall fra elektroner
Under normale forhold ligner oppførselen til elektroner oppførselen til en væske som flyter fritt gjennom et materiale. Men allerede i 1934, teoretiske fysikeren Yu. Wigner formulerte en teori om at en gruppe elektroner er ganske i stand til å krystallisere seg til en fast form, og danne en fase som nå kalles Wigner -krystallet.
Så, ifølge teorien, for dette må du "fange" den ideelle balansen mellom krefter som elektrostatisk frastøtning og bevegelsesenergi.
Så bevegelsesenergien er en mye kraftigere faktor som får elektroner til å sprette i en rekke retninger. Men hvis denne kraften kunne reduseres (i henhold til Wigners antagelse), ville frastøtende kraft ha en sterkere effekt på elektronene og dermed låse dem inn i et homogent gitter.
Så over mange tiår prøvde forskjellige grupper av ingeniører å bekrefte Wigners teori og lage en krystall bestående av elektroner, men dette viste seg å være en ganske vanskelig oppgave.
Tross alt, for dette må du redusere tettheten av elektroner. I tillegg må de festes i en "felle", og også avkjøles til en temperatur nær absolutt null for å minimere påvirkningen av eksterne faktorer på dem.
Hvordan Wigner -krystallet ble oppnådd
Og bare forskere fra ETH Zürich klarte å oppfylle alle kravene for å få en Wigner -krystall. Så for å begrense elektroner ble det brukt et monatomisk ark med molybden -diselenid, som effektivt begrenset elektroner til to dimensjoner.
For å kontrollere antall elektroner klemmet ingeniører dette materialet mellom to grafenelektroder og påførte en minimumsspenning. Og så ble denne strukturen avkjølt til nesten absolutt null.
Så som et resultat av slike manipulasjoner dukket Wigner -krystallet opp. Men dette viste seg å være bare halve kampen, fordi avstanden mellom elektronene viste seg å være så liten (omtrent 20 nanometer) at det var umulig å se krystallet med et mikroskop.
For å visualisere krystallet bestemte forskerne seg for å bruke en ny metode. Det ble besluttet å rette en lysstrøm på materialet med en fast frekvens for å starte prosessen med eksitasjon av de såkalte "ekseksjonene" i halvlederen, som avgir lys tilbake.
Hvis Wigner -krystaller er tilstede, bør forlengelsene virke stasjonære når de reflekterer lys tilbake.
Dessuten bør denne effekten manifestere seg i de observerte eksitasjonsfrekvensene for utskillelser, og dette er akkurat det forskerne observerte under eksperimentet for å få en Wigner -krystall.
Forskere har delt resultatene av arbeidet som er utført på sidene i tidsskriftet Nature.
Hvis du likte materialet, kan du rangere det og ikke glem å abonnere på kanalen. Takk for din oppmerksomhet!