Zespół naukowców z ETH Zürich, czyli Politechniki Federalnej w Zurychu zaobserwował unikalny kryształ. Jego wyjątkowość polega na tym, że nie jest on zbudowany z atomów. Jego budulcem są bowiem jedynie elektrony. Konstrukty takie są znane jako kryształy Wignera i zostały po raz pierwszy teoretyzowane prawie 90 lat temu, ale dopiero teraz zostały zaobserwowane bezpośrednio w materiale półprzewodnikowym.
Kryształy z elektronów
Wytwarzając kryształ, zespół potwierdził teoretyczne przewidywania opisywane jako rodzaj Świętego Graala w fizyce materii skondensowanej. W 1934 roku Eugene Wigner teoretyzował, że elektrony w materiale mogą teoretycznie układać się w regularne i kryształopodobne wzory z powodu wzajemnego odpychania elektrycznego. Wigner teoretyzował, że jeśli energia odpychania elektrycznego pomiędzy elektronami jest większa niż ich energia ruchu, to elektrony układają się w taki sposób, że ich całkowita energia jest jak najmniejsza. Takie działanie jest zgodne z zasadą minimalnej energii potencjalnej, jednak nie zostało ono do tej pory potwierdzone eksperymentalnie. Przez dziesięciolecia przewidywania te pozostawały teoretyczne, ponieważ kryształy Wignera były w stanie tworzyć się tylko w ekstremalnych warunkach, w tym w niskich temperaturach i przy bardzo małej liczbie elektronów swobodnych w materiale.
Zobacz też: Xiaomi pracuje nad Mi Mix Flip – zbieżność nazw z modelem Samsunga nie jest przypadkowa
W swoich badaniach naukowcy pokonali te przeszkody za pomocą płytki pokrytej jednoatomową warstwą materiału półprzewodnikowego o nazwie diselenek molibdenu. To bardzo ważne, ponieważ w materiale o grubości jednego atomu, elektrony są w stanie poruszać się tylko w płaszczyźnie. Liczba swobodnych elektronów została zmieniona przez przyłożenie napięcia do dwóch przezroczystych elektrod grafenowych, a półprzewodnik był umieszczony pomiędzy nimi. Następnie aparatura została schłodzona do temperatury kilku stopni powyżej zera bezwzględnego. Po zakończeniu procesu obliczono, że separacja elektronów wynosiła około 20 nanometrów, co uniemożliwiało ich rozdzielenie za pomocą mikroskopu. Zespół uwidocznił regularne rozmieszczenie elektronów, wykorzystując światło o określonej częstotliwości do wzbudzenia ekscytonów w warstwie półprzewodnikowej. W ten sposób jego praca doprowadziła do bezpośredniej obserwacji kryształów Wignera po raz pierwszy w historii.
Źródło: SlashGear