Forskare för första gången i historien lyckades få en Wignerkristall, som endast består av elektroner
För första gången i historien lyckades ingenjörer vid ETH Zürich få en riktig kristall, som uteslutande består av elektroner. De så kallade Wignerkristallerna förutspåddes teoretiskt för 90 år sedan, men först nu kunde de observeras live direkt i ett halvledarmaterial.
Hur det var möjligt att skapa och observera en kristall från elektroner
Under normala förhållanden liknar beteendet hos elektroner beteendet hos en vätska som flödar fritt genom ett material. Men redan 1934, teoretiska fysikern Yu. Wigner formulerade en teori enligt vilken en grupp elektroner ganska kan kristallisera till en fast form och bilda en fas som nu kallas Wignerkristallen.
Så, enligt teorin, för detta måste du "fånga" den perfekta balansen mellan krafter som elektrostatisk avstötning och rörelseenergi.
Så rörelseenergin är en betydligt kraftfullare faktor som får elektroner att studsa i olika riktningar. Men om denna kraft kunde reduceras (enligt Wigners antagande), skulle den frånstötande kraften ha en starkare effekt på elektronerna och därmed låsa dem i ett homogent gitter.
Så under många decennier försökte olika grupper av ingenjörer bekräfta Wigners teori och skapa en kristall bestående av elektroner, men det visade sig vara en ganska svår uppgift.
När allt kommer omkring måste du minska elektronernas densitet. Dessutom måste de fixeras i en "fälla" och även kylas till en temperatur nära absolut noll för att minimera påverkan av yttre faktorer på dem.
Hur Wignerkristallen erhölls
Och bara forskare från ETH Zürich lyckades uppfylla alla krav för att få en Wignerkristall. Så för att begränsa elektroner användes ett monatomiskt ark med molybden -diselenid, vilket effektivt begränsade elektroner till två dimensioner.
För att kontrollera antalet elektroner klämde ingenjörer fast detta material mellan två grafenelektroder och applicerade en minsta spänning. Och så kyldes denna struktur till nästan absolut noll.
Så som ett resultat av sådana manipulationer dök Wignerkristallen upp. Men detta visade sig bara vara halva striden, eftersom avståndet mellan elektronerna visade sig vara så litet (cirka 20 nanometer) att det var omöjligt att se kristallen med ett mikroskop.
För att visualisera kristallen bestämde forskarna att tillämpa en ny metod. Det beslutades att rikta en ljusström på materialet med en fast frekvens för att starta exciteringsprocessen för de så kallade "excions" i halvledaren, som avger ljus tillbaka.
Om Wigner -kristaller är närvarande, bör förlängningarna verka stationära när de reflekterar ljus tillbaka.
Dessutom bör denna effekt manifestera sig i de observerade excitationsfrekvenserna för excions, och detta är exakt vad forskarna observerade under sitt experiment för att få en Wigner -kristall.
Forskare har delat resultaten av arbetet på tidningarna Nature.
Om du gillade materialet, betygsätt det och glöm inte att prenumerera på kanalen. Tack för din uppmärksamhet!