Неуловим феномен „електронен кристал“, заснет директно за първи път

Структурата на материала. (Li et al., Nature, 2021)

Физиците са направили първото изображение на кристал на Wigner - странен материал с модел на пчелна пита в друг материал, направен изцяло от електрони.

Унгарският физик Юджийн Вигнер за първи път теоретизира този кристал през 1934 г., но са необходими повече от осем десетилетия, докато учените най-накрая получат директен поглед върху „електронния лед“.

Очарователното първо изображение показва електрони, събрани заедно в стегнат, повтарящ се модел – като малки сини крила на пеперуда или натискане на извънземна детелина.

Изследователите зад проучването, публикувано на 29 септември в дневник Природата , казват, че макар това да не е първият път, когато кристал на Wigner е правдоподобно създаден или дори са изследвани свойствата му, визуалните доказателства, които са събрали, са най-категоричното доказателство за съществуването на материала досега.

Свързани: 12 зашеметяващи експеримента на квантовата физика

„Ако кажете, че имате електронен кристал, покажете ми кристала“, съавтор на изследването Фън Уанг, физик от Калифорнийския университет, каза Новини за природата .

Вътре обикновени проводници като сребро или мед , или полупроводници като силиций , електроните се движат толкова бързо, че едва успяват да взаимодействат един с друг. Но при много ниски температури те се забавят до пълзене и отблъскването между отрицателно заредените електрони започва да доминира.

Някога силно подвижните частици спират, подреждайки се в повтарящ се модел, подобен на пчелна пита, за да сведат до минимум общото си потребление на енергия.

За да видят това в действие, изследователите хванаха електрони в пролуката между два слоя с дебелина на атом волфрам полупроводници – единият волфрамов дисулфид, а другият волфрамов диселенид.

След това, след като приложиха електрическо поле през празнината, за да премахнат всички потенциално разрушителни излишни електрони, изследователите охладиха електронния си сандвич до 5 градуса над абсолютна нула .

Разбира се, някога бързите електрони спряха, установявайки се в повтарящата се структура на кристал на Вигнер.

След това изследователите са използвали устройство, наречено сканиращ тунелен микроскоп (STM), за да видят този нов кристал. STM работят, като прилагат малко напрежение върху много остър метален връх, преди да го прокарат точно над материал, карайки електроните да скочат надолу към повърхността на материала от върха.

Скоростта, с която електроните скачат от върха, зависи от това какво е под тях, така че изследователите могат да изградят картина на брайловите контури на 2D повърхност чрез измерване на тока, протичащ в повърхността във всяка точка.

Но токът, осигурен от STM, първоначално беше твърде голям за деликатния електронен лед, „разтопявайки“ го при контакт. За да спрат това, изследователите вмъкнаха слой от един атом графен точно над кристала на Wigner, което позволява на кристала да взаимодейства с графена и да остави отпечатък върху него, който STM може безопасно да прочете – подобно на фотокопирна машина.

Чрез пълно проследяване на изображението, отпечатано върху графеновия лист, STM заснема първата моментна снимка на кристала Wigner, доказвайки съществуването му извън всякакво съмнение.

Сега, след като имат убедително доказателство, че кристалите на Wigner съществуват, учените могат да използват кристалите, за да отговорят на по-задълбочени въпроси за това как множество електрони взаимодействат помежду си, като например защо кристалите се подреждат в пчелна пита и как се „стопят“.

Отговорите ще предложат рядък поглед към някои от най-неуловимите свойства на малките частици.

Свързано съдържание:

18-те най-големи неразгадани мистерии във физиката

Най-красивите уравнения в света

9-те най-масивни съществуващи числа

Тази статия е публикувана първоначално от Наука на живо . Прочетете оригиналната статия тук .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.