Znanstvenikom je prvič v zgodovini uspelo pridobiti Wignerjev kristal, sestavljen samo iz elektronov
Inženirjem v ETH Zürich je prvič v zgodovini uspelo pridobiti pravi kristal, ki je sestavljen izključno iz elektronov. Tako imenovani Wignerjevi kristali so bili teoretično napovedani pred 90 leti, šele zdaj pa jih je bilo mogoče opazovati v živo neposredno v polprevodniškem materialu.
Kako je bilo mogoče ustvariti in opazovati kristal iz elektronov
V normalnih pogojih je vedenje elektronov podobno obnašanju tekočine, ki prosto teče skozi material. Toda že leta 1934 je teoretski fizik Yu. Wigner je oblikoval teorijo, po kateri se lahko skupina elektronov kristalizira v trdno obliko in tvori fazo, ki se zdaj imenuje Wignerjev kristal.
Torej, po teoriji morate za to "ujeti" idealno ravnovesje med silami, kot sta elektrostatično odbijanje in energijo gibanja.
Tako je energija gibanja veliko močnejši dejavnik, zaradi katerega se elektroni odbijajo v različnih smereh. Če pa bi to silo lahko zmanjšali (po Wignerjevi domnevi), bi imela sila odbijanja močnejši učinek na elektrone in bi jih tako zaprla v homogeno mrežo.
Tako so različne skupine inženirjev več desetletij poskušale potrditi Wignerjevo teorijo in ustvariti kristal, sestavljen iz elektronov, vendar se je to izkazalo za precej težko nalogo.
Konec koncev, za to morate zmanjšati gostoto elektronov. Poleg tega jih je treba pritrditi v "past" in tudi ohladiti na temperaturo blizu absolutne ničle, da se čim bolj zmanjša vpliv zunanjih dejavnikov nanje.
Kako je bil pridobljen Wignerjev kristal
In le znanstvenikom iz ETH Zürich je uspelo izpolniti vse zahteve za pridobitev Wignerjevega kristala. Za omejevanje elektronov je bila uporabljena enoatomska plošča molibdenovega diselenida, ki je elektrone učinkovito omejila na dve dimenziji.
Za nadzor števila elektronov so inženirji ta material vpeli med dve grafenski elektrodi in uporabili minimalno napetost. In tako se je ta struktura ohladila skoraj do absolutne ničle.
Tako se je zaradi takšnih manipulacij pojavil kristal Wigner. A to se je izkazalo le za polovico uspeha, saj se je razdalja med elektroni izkazala za tako majhno (približno 20 nanometrov), da je bilo nemogoče videti kristal z mikroskopom.
Za vizualizacijo kristala so se znanstveniki odločili uporabiti novo metodo. Odločeno je bilo, da se tok svetlobe na material s fiksno frekvenco usmeri začeti proces vzbujanja tako imenovanih "ekscizij" v polprevodniku, ki oddajajo svetlobo nazaj.
Če so prisotni kristali Wignerja, bi morali izseki stati, ko odbijajo svetlobo nazaj.
Poleg tega bi se moral ta učinek pokazati v opazovanih frekvencah vzbujanja ekscizij, kar so znanstveniki opazili med poskusom pridobivanja Wignerjevega kristala.
Znanstveniki so rezultate dela opravili na straneh revije Nature.
Če vam je bil material všeč, ga ocenite in se ne pozabite naročiti na kanal. Hvala za vašo pozornost!