Vedcom sa prvýkrát v histórii podarilo získať Wignerov kryštál, pozostávajúci iba z elektrónov
Prvýkrát v histórii sa inžinierom v ETH Zürich podarilo získať skutočný kryštál, ktorý pozostáva výlučne z elektrónov. Takzvané Wignerove kryštály boli teoreticky predpovedané pred 90 rokmi, ale až teraz ich bolo možné pozorovať naživo priamo v polovodičovom materiáli.
Ako bolo možné vytvoriť a pozorovať kryštál z elektrónov
Za normálnych podmienok sa správanie elektrónov podobá správaniu kvapaliny, ktorá voľne preteká materiálom. Ale už v roku 1934 teoretický fyzik Yu. Wigner sformuloval teóriu, podľa ktorej je skupina elektrónov celkom schopná kryštalizovať do pevnej formy, pričom tvorí fázu, ktorá sa teraz označuje ako Wignerov kryštál.
Podľa teórie na to teda musíte „zachytiť“ ideálnu rovnováhu medzi silami, ako je elektrostatické odpudzovanie, a energiou pohybu.
Energia pohybu je teda oveľa silnejším faktorom, vďaka ktorému sa elektróny odrážajú v rôznych smeroch. Ak by sa však táto sila dala znížiť (podľa Wignerovho predpokladu), potom by odpudivá sila mala na elektróny silnejší účinok, a teda by ich uzamkla do homogénnej mriežky.
Po mnoho desaťročí sa rôzne skupiny inžinierov pokúšali potvrdiť Wignerovu teóriu a vytvoriť kryštál pozostávajúci z elektrónov, ale ukázalo sa, že je to dosť ťažká úloha.
Koniec koncov, na to musíte znížiť hustotu elektrónov. Okrem toho musia byť upevnené v „pasci“ a tiež ochladené na teplotu blízku absolútnej nule, aby sa na ne minimalizoval vplyv vonkajších faktorov.
Ako bol získaný Wignerov kryštál
A iba vedcom z ETH Zürich sa podarilo splniť všetky požiadavky na získanie kryštálu Wigner. Na obmedzenie elektrónov sa teda použil monatomický list diselenidu molybdénu, ktorý účinne obmedzil elektróny na dve dimenzie.
Na kontrolu počtu elektrónov inžinieri upli tento materiál medzi dve grafénové elektródy a použili minimálne napätie. A tak bola táto štruktúra ochladená na takmer absolútnu nulu.
V dôsledku takýchto manipulácií sa teda objavil kryštál Wigner. Ukázalo sa však, že to bola len polovica bitky, pretože vzdialenosť medzi elektrónmi bola taká malá (asi 20 nanometrov), že pomocou mikroskopu nebolo možné kryštál vidieť.
Na vizualizáciu kryštálu sa vedci rozhodli použiť novú metódu. Bolo rozhodnuté nasmerovať prúd svetla na materiál s pevnou frekvenciou, aby sa spustite proces excitácie takzvaných „excízií“ v polovodiči, ktoré vyžarujú svetlo späť.
Ak sú prítomné Wignerove kryštály, potom by výnimky mali pôsobiť nehybne, keď odrážajú svetlo späť.
Tento účinok by sa navyše mal prejaviť v pozorovaných excitačných frekvenciách excízií a presne to vedci pozorovali počas svojho experimentu na získanie Wignerovho kryštálu.
Vedci sa podelili o výsledky práce vykonanej na stránkach časopisu Nature.
Ak sa vám materiál páčil, ohodnoťte ho a nezabudnite sa prihlásiť na odber kanála. Ďakujem za tvoju pozornosť!