Vědcům se poprvé v historii podařilo získat krystal Wigner, skládající se pouze z elektronů
Poprvé v historii se inženýrům v ETH Curych podařilo získat skutečný krystal, který se skládá výhradně z elektronů. Takzvané Wignerovy krystaly byly teoreticky předpovězeny před 90 lety, ale až nyní je bylo možné pozorovat naživo přímo v polovodičovém materiálu.
Jak bylo možné vytvořit a pozorovat krystal z elektronů
Za normálních podmínek se chování elektronů podobá chování kapaliny, která volně proudí materiálem. Ale už v roce 1934 teoretický fyzik Yu. Wigner zformuloval teorii, podle které je skupina elektronů docela schopná krystalizovat do pevné formy a vytvořit fázi, která je nyní označována jako Wignerův krystal.
Podle teorie tedy k tomu potřebujete „chytit“ ideální rovnováhu mezi silami, jako je elektrostatické odpuzování, a energií pohybu.
Energie pohybu je tedy výrazně silnějším faktorem, díky kterému se elektrony odrážejí v různých směrech. Pokud by však tato síla mohla být snížena (podle Wignerova předpokladu), pak by odpudivá síla měla na elektrony silnější účinek, a proto by je uzamkla do homogenní mřížky.
Různé skupiny inženýrů se tedy po mnoho desetiletí pokoušely potvrdit Wignerovu teorii a vytvořit krystal skládající se z elektronů, ale ukázalo se, že to byl docela obtížný úkol.
Koneckonců k tomu musíte snížit hustotu elektronů. Kromě toho musí být upevněny v "pasti" a také ochlazeny na teplotu blízkou absolutní nule, aby se minimalizoval vliv vnějších faktorů na ně.
Jak byl získán krystal Wigner
A pouze vědcům z ETH Curych se podařilo splnit všechny požadavky na získání krystalu Wigner. Takže pro omezení elektronů byl použit monatomický list diselenidu molybdenu, který účinně omezil elektrony na dvě dimenze.
Pro kontrolu počtu elektronů upnuli inženýři tento materiál mezi dvě grafenové elektrody a použili minimální napětí. A tak byla tato struktura ochlazena téměř na absolutní nulu.
V důsledku takových manipulací se tedy objevil krystal Wigner. Ale ukázalo se, že to byla jen polovina bitvy, protože vzdálenost mezi elektrony se ukázala být tak malá (asi 20 nanometrů), že nebylo možné krystal vidět mikroskopem.
Pro vizualizaci krystalu se vědci rozhodli použít novou metodu. Bylo rozhodnuto nasměrovat proud světla na materiál s pevnou frekvencí, aby se zahájit proces buzení takzvaných „exkluzí“ v polovodiči, které vyzařují světlo zadní.
Pokud jsou přítomny krystaly Wigner, měly by se výjimky zdát nehybné, když odrážejí světlo zpět.
Tento efekt by se navíc měl projevit pozorovanými excitačními frekvencemi excizí a přesně to vědci pozorovali během svého experimentu, aby získali krystal Wigner.
Vědci sdíleli výsledky odvedené práce na stránkách časopisu Nature.
Pokud se vám materiál líbil, ohodnoťte ho a nezapomeňte se přihlásit k odběru kanálu. Děkuji za pozornost!