1934. Eugene Wigner predložio je strukturu nalik kristalu koju tvore elektroni. Zovemo ga elektronski kristal ili Wignerov kristal. Wigner je izračunao - predviđajući praktični svijet. Predvidio je da će se kristalne strukture formirati kada sile odbijanja elektrona nadvladaju i nadvladaju njihovu kinetičku energiju.

Otkako je Wigner predložio, znanstvenici diljem svijeta pokušavaju stvoriti takav kristal, a postoji nekoliko dokaz o eksperimentalnom stvaranju . Međutim, novi rad postiže nešto drugačije. Nije ti dovoljno da stvaraš. Osim stvaranja, moramo gledati u kristale. Stoga znanstvenici moraju tražiti najstabilniji mogući oblik. U novoj studiji objavljenoj u časopisu Nature , znanstvenici traže upravo to.

Poteškoće u elektronskom kristalu

U redu, laka priča – ali stavimo to malo u perspektivu o poteškoćama stvaranja Wignerovih kristala. Elektroni su prilično energični. Oko atoma, na primjer, kreću se kao ludi. Znate onu djecu koja, koliko god im roditelji skrenu pažnju, ne mogu stati? Elektron je upravo takav, s tom razlikom što ga je puno teže zaustaviti.

Zato Coulombovo odbijanje treba nadvladati kinetičku energiju. Zamislimo se. Kristal je struktura u kojoj su atomi organizirani u statične strukture, odnosno zaustavljeni i organizirani. Aliove dvije riječi ne postoje u svijetu elektrona. Ako dobijemo dovoljno elektrona, a potisnemo kinetičku energiju, pri odbijanju elektroni zaglave i organiziraju se silama.

“Elektroni su kvantna mehanika. Čak i ako im ništa ne učinite, kreću se spontano cijelo vrijeme", kaže Kin Fai Mak, izvanredni profesor na Sveučilištu Cornell, u izjavi. "Elektronski kristal bi zapravo imao tendenciju da se raspadne, jer je jako teško držati elektrone fiksiranima u periodičnom obrascu."

"Morate postići prave uvjete da biste stvorili elektronski kristal, a istovremeno vrijeme Istodobno su i krhki”, objašnjava Mak. Dodaje: “Potreban vam je dobar način da ih ispitate. Zaista ih ne želite značajno uznemiravati ispitujući ih.”

Prevladavanje izazova

Nakon što su mučili glavu, znanstvenici su pronašli moguće rješenje problema – elektrone raspoređene u dva- dimenzionalni oblik složen. A to je prilično jednostavno ako složite dvodimenzionalne ploče supravodiča. Time se stvara trodimenzionalna struktura. Znanstvenici su koristili ploče od volframovog disulfida (WS2) i volframovog diselenida (WSe2).

(Xu et al., Nature, 2020.).

Dok su se ploče preklapale, znanstvenici su stvorili šesterokutni uzorak u tim pomalo psihodeličnim moiré oblicima. Za neke jeučinci s ovim uzorkom da znanstvenici zaključavaju elektrone na mjestu, kao što su otkrili u studiji prije nekoliko mjeseci.

Zatim je fizičar Veit Elser, koautor studije, izračunao različite moguće rasporede elektrona, tvoreći najrazličitijih kristala. Za to je izračunao omjer popunjenosti neophodan za automatsko formiranje kristalne strukture, samo učinkom povećanja odbojne sile ili smanjenja kinetičke energije.

Sljedeća poteškoća u radu bila bi promatranje bez ometanja elektrona. Za to su se približili optičkom senzoru na nanometarsku udaljenost, sa slojem heksagonalnog borovog nitrida, proizvedenog od strane japanskih znanstvenika, koji odvaja supravodljive ploče senzora. Na taj se način senzor približio dovoljno za promatranje, ali ne dovoljno za ometanje.

Dakle, znanstvenici su promatrali nekoliko kristala elektrona. Također, nisu svi kristali jednaki. Tada je nastalo nekoliko različitih struktura, od trokutastih struktura do linija i kristalnih struktura nazvanih dimeri. Rad, osim što donosi obećavajuće promatranje nečega što je prije bilo samo hipotetsko, donosi nova rješenja za kvantne eksperimente povezane s manipulacijom elektronima, uz primjene koje znanstvenici još uvijek ne mogu zamisliti

Znanstvena studija objavljena jeu časopisu Nature. Uz informacije sa Science Alert i Sveučilišta Cornell.