Учените за първи път в историята успяха да получат кристал на Вигнер, състоящ се само от електрони
За първи път в историята инженерите в ETH Zurich успяха да получат истински кристал, който се състои изключително от електрони. Така наречените кристали на Вигнер бяха теоретично предсказани преди 90 години, но едва сега те бяха в състояние да бъдат наблюдавани на живо директно в полупроводников материал.
Как беше възможно да се създаде и наблюдава кристал от електрони
При нормални условия поведението на електроните прилича на поведението на течност, която тече свободно през материал. Но още през 1934 г. теоретичният физик Ю. Уигнер формулира теория, според която група електрони е напълно способна да кристализира в твърда форма, образувайки фаза, която сега се нарича кристал на Вигнер.
Така че, според теорията, за това трябва да "хванете" идеалния баланс между сили като електростатично отблъскване и енергията на движение.
Така че енергията на движение е значително по -мощен фактор, който кара електроните да скачат в различни посоки. Но ако тази сила може да бъде намалена (според предположението на Вигнер), тогава отблъскващата сила би имала по -силен ефект върху електроните и по този начин би ги заключила в хомогенна решетка.
Така в продължение на много десетилетия различни групи инженери се опитват да потвърдят теорията на Вигнер и да създадат кристал, състоящ се от електрони, но това се оказа доста трудна задача.
В края на краищата, за това трябва да намалите плътността на електроните. В допълнение, те трябва да бъдат фиксирани в "капан", а също така да се охладят до температура, близка до абсолютната нула, за да се сведе до минимум влиянието на външни фактори върху тях.
Как е получен кристалът на Вигнер
И само учени от ETH Zurich успяха да отговорят на всички изисквания за получаване на кристал на Wigner. Така че за ограничаване на електроните беше използван едноатомна плоча от молибденов диселенид, която ефективно ограничи електроните до две измерения.
За да контролират броя на електроните, инженерите притискат този материал между два графенови електрода и прилагат минимално напрежение. И така тази структура беше охладена до почти абсолютна нула.
Така в резултат на такива манипулации се появи кристалът на Вигнер. Но това се оказа само половината от успеха, тъй като разстоянието между електроните се оказа толкова малко (около 20 нанометра), че беше невъзможно да се види кристалът с микроскоп.
За да визуализират кристала, учените решават да приложат нов метод. Беше решено да се насочи светлинен поток към материала с фиксирана честота, за да се стартират процеса на възбуждане на т. нар. "ексциони" в полупроводника, които излъчват светлина обратно.
Ако има кристали на Вигнер, тогава екстракциите трябва да изглеждат неподвижни, когато отразяват светлината обратно.
Нещо повече, този ефект трябва да се прояви в наблюдаваните честоти на възбуждане на ексцизиите и точно това учените наблюдават по време на експеримента си за получаване на кристал на Вигнер.
Учените са споделили резултатите от извършената работа на страниците на списанието Nature.
Ако материалът ви е харесал, моля, оценете го и не забравяйте да се абонирате за канала. Благодаря за вниманието!