Οι επιστήμονες για πρώτη φορά στην ιστορία κατάφεραν να αποκτήσουν έναν κρύσταλλο Wigner, που αποτελείται μόνο από ηλεκτρόνια
Για πρώτη φορά στην ιστορία, οι μηχανικοί στο ETH Zurich κατάφεραν να αποκτήσουν έναν πραγματικό κρύσταλλο, ο οποίος αποτελείται αποκλειστικά από ηλεκτρόνια. Οι λεγόμενοι κρύσταλλοι Wigner θεωρητικά είχαν προβλεφθεί πριν από 90 χρόνια, αλλά μόνο τώρα μπόρεσαν να παρατηρηθούν ζωντανά απευθείας σε υλικό ημιαγωγών.
Πώς ήταν δυνατό να δημιουργηθεί και να παρατηρηθεί ένας κρύσταλλος ηλεκτρονίων
Υπό κανονικές συνθήκες, η συμπεριφορά των ηλεκτρονίων μοιάζει με τη συμπεριφορά ενός υγρού που ρέει ελεύθερα μέσα από ένα υλικό. Αλλά ήδη το 1934, ο θεωρητικός φυσικός Yu. Ο Wigner διατύπωσε μια θεωρία σύμφωνα με την οποία μια ομάδα ηλεκτρονίων είναι αρκετά ικανή να κρυσταλλωθεί σε μια στερεή μορφή, σχηματίζοντας μια φάση που τώρα αναφέρεται ως κρύσταλλος Wigner.
Σύμφωνα λοιπόν με τη θεωρία, για αυτό πρέπει να «πιάσετε» την ιδανική ισορροπία μεταξύ δυνάμεων όπως η ηλεκτροστατική απώθηση και η ενέργεια της κίνησης.
Έτσι, η ενέργεια της κίνησης είναι ένας πολύ πιο ισχυρός παράγοντας, που κάνει τα ηλεκτρόνια να αναπηδούν προς πολλές διαφορετικές κατευθύνσεις. Αλλά αν αυτή η δύναμη μπορούσε να μειωθεί (σύμφωνα με την υπόθεση του Wigner), τότε η απωθητική δύναμη θα είχε ισχυρότερη επίδραση στα ηλεκτρόνια και, ως εκ τούτου, θα τα κλειδώσει σε ένα ομοιογενές πλέγμα.
Έτσι, για πολλές δεκαετίες, διάφορες ομάδες μηχανικών προσπάθησαν να επιβεβαιώσουν τη θεωρία του Wigner και να δημιουργήσουν έναν κρύσταλλο αποτελούμενο από ηλεκτρόνια, αλλά αυτό αποδείχθηκε ένα μάλλον δύσκολο έργο.
Μετά από όλα, για αυτό πρέπει να μειώσετε την πυκνότητα των ηλεκτρονίων. Επιπλέον, πρέπει να στερεωθούν σε μια "παγίδα", και επίσης να ψυχθούν σε θερμοκρασία κοντά στο απόλυτο μηδέν, προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η επίδραση εξωτερικών παραγόντων σε αυτά.
Πώς αποκτήθηκε ο κρύσταλλος Wigner
Και μόνο επιστήμονες από το ETH Ζυρίχης κατάφεραν να ικανοποιήσουν όλες τις απαιτήσεις για την απόκτηση ενός κρυστάλλου Wigner. Έτσι, για τον περιορισμό των ηλεκτρονίων, χρησιμοποιήθηκε ένα μονοτομικό φύλλο αποσβεσιδίου μολυβδαινίου, το οποίο ουσιαστικά περιόρισε τα ηλεκτρόνια σε δύο διαστάσεις.
Για να ελέγξουν τον αριθμό των ηλεκτρονίων, οι μηχανικοί συνέδεσαν αυτό το υλικό μεταξύ δύο ηλεκτροδίων γραφενίου και εφάρμοσαν μια ελάχιστη τάση. Και έτσι αυτή η δομή ψύχθηκε στο σχεδόν απόλυτο μηδέν.
Έτσι, ως αποτέλεσμα τέτοιων χειρισμών, εμφανίστηκε ο κρύσταλλος Wigner. Αλλά αυτό αποδείχθηκε ότι ήταν μόνο η μισή μάχη, επειδή η απόσταση μεταξύ των ηλεκτρονίων αποδείχθηκε τόσο μικρή (περίπου 20 νανόμετρα) που ήταν αδύνατο να δει τον κρύσταλλο με μικροσκόπιο.
Για να απεικονίσουν τον κρύσταλλο, οι επιστήμονες αποφάσισαν να εφαρμόσουν μια νέα μέθοδο. Αποφασίστηκε να κατευθυνθεί ένα ρεύμα φωτός πάνω στο υλικό με σταθερή συχνότητα προκειμένου να ξεκινήσετε τη διαδικασία διέγερσης των λεγόμενων «εξαιρέσεων» στον ημιαγωγό, οι οποίοι εκπέμπουν φως πίσω.
Εάν υπάρχουν κρύσταλλοι Wigner, τότε οι προεκτάσεις πρέπει να φαίνονται ακίνητες όταν αντανακλούν το φως πίσω.
Επιπλέον, αυτό το φαινόμενο θα πρέπει να εκδηλωθεί στις παρατηρούμενες συχνότητες διέγερσης των εκκρίσεων και αυτό ακριβώς παρατήρησαν οι επιστήμονες κατά τη διάρκεια του πειράματός τους για να αποκτήσουν έναν κρύσταλλο Wigner.
Οι επιστήμονες μοιράστηκαν τα αποτελέσματα της εργασίας που έγιναν στις σελίδες του περιοδικού Nature.
Αν σας άρεσε το υλικό, βαθμολογήστε το και μην ξεχάσετε να εγγραφείτε στο κανάλι. Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας!