1934 жылы Евгений Вигнер электрондар түзетін кристалл тәрізді құрылымды ұсынды. Біз оны электронды кристал немесе Вигнер кристалы деп атаймыз. Вигнер есептелген - практикалық әлемді болжау. Ол электрондардың итеруші күштері олардың кинетикалық энергиясын жеңіп, жеңген кезде кристалдық құрылымдар пайда болады деп болжаған.

Вигнер ұсынғаннан бері бүкіл әлем ғалымдары мұндай кристалды жасауға тырысты және бірнеше < эксперименттік құрудың дәлелі . Дегенмен, жаңа жұмыс басқа нәрсеге қол жеткізеді. Сізге жасау жеткіліксіз. Жасаудан басқа, біз кристалдарға қарауымыз керек. Сондықтан ғалымдар мүмкін болатын ең тұрақты пішінді іздеуі керек. Табиғат журналында жарияланған жаңа зерттеуде ғалымдар дәл осыны іздейді.

Электрондық кристалдағы қиыншылық

Жарайды, оңай сөйлесейік – бірақ оны аздап қарастырайық. Вигнер кристалдарын жасаудың қиындығы туралы. Электрондар өте қуатты. Мысалы, атомның айналасында олар жынды сияқты қозғалады. Сіз бұл балаларды білесіз бе, олардың ата-аналары қанша шақырса да, тоқтай алмайды? Электрон дәл солай, айырмашылығы оны тоқтату әлдеқайда қиын.

Сондықтан кулондық тебілу кинетикалық энергияны жеңу керек. Елестетіп көрейік. Кристалл - атомдар статикалық құрылымдарда ұйымдастырылған, яғни тоқтаған және ұйымдастырылған құрылым. Бірақбұл екі сөз электрондар әлемінде жоқ. Егер біз жеткілікті электрон алып, кинетикалық энергияны басатын болсақ, итеру кезінде электрондар кептеліп қалады және күштер арқылы өздерін ұйымдастырады.

«Электрондар кванттық механика. Сіз оларға ештеңе жасамасаңыз да, олар үнемі өздігінен қозғалады », - дейді Корнелл университетінің доценті Кин Фай Мак. «Электрондық кристал шын мәнінде ыдырауға бейім болады, өйткені электрондарды периодты түрде тұрақты ұстау өте қиын.»

«Сіз электронды кристалды жасау үшін дұрыс шарттарға қол жеткізуіңіз керек және сонымен бірге. Сонымен қатар, олар да нәзік», - деп түсіндіреді Мак. Ол былай деп қосты: «Сізге оларды тексерудің жақсы жолы керек. Сіз шынымен оларды зерттеп, айтарлықтай алаңдатқыңыз келмейді.»

Қиындықтарды жеңу

Олардың миын талдағаннан кейін ғалымдар мәселенің ықтимал шешімін тапты – электрондар екі рет орналасқан. өлшемді пішін жинақталған. Егер сіз екі өлшемді асқын өткізгіш пластиналарды жинасаңыз, бұл өте қарапайым. Бұл үш өлшемді құрылымды жасайды. Ғалымдар вольфрам дисульфиді (WS2) және вольфрам дизелиді (WSe2) пластиналарын пайдаланды.

(Xu және т.б., Табиғат, 2020).

Пластиналар қабаттасып, ғалымдар жасады. аздап психоделикалық муар пішіндеріндегі алтыбұрышты үлгі. Кейбіреулер үшінҒалымдар бірнеше ай бұрын жүргізген зерттеуінде анықтағандай, электрондарды орнында бекітетін осы үлгімен әсер етеді.

Содан кейін, физик Вейт Элсер, зерттеудің авторлары, электрондардың әртүрлі ықтимал орналасуын есептеп, ең алуан түрлі кристалдар. Бұл үшін ол кристалдық құрылымның автоматты түрде пайда болуы үшін қажетті толтыру коэффициентін, тек итеруші күштің жоғарылауы немесе кинетикалық энергияның төмендеуінің әсері арқылы есептеді.

Жұмыстың келесі қиындығы электрондарға кедергі жасамай бақылау болар еді. Ол үшін олар нанометрлік қашықтықта, жапон ғалымдары шығарған алтыбұрышты бор нитриді қабаты бар оптикалық сенсорға жақындап, сенсордың асқын өткізгіш пластиналарын бөлді. Осылайша, сенсор бақылау үшін жеткілікті жақындады, бірақ кедергі жасау үшін жеткіліксіз.

Сонымен ғалымдар электрондардың бірнеше кристалдарын байқады. Сондай-ақ, барлық кристалдар бірдей жасалмайды. Содан кейін үшбұрышты құрылымдардан сызықтар мен димерлер деп аталатын кристалдық құрылымдарға дейін бірнеше түрлі құрылымдар пайда болды. Жұмыс бұрын гипотетикалық нәрсеге перспективалы бақылау әкелумен қатар, ғалымдар әлі елестете алмайтын қосымшалардан басқа, электрондарды манипуляциялауға байланысты кванттық эксперименттер үшін жаңа шешімдер әкеледі

Ғылыми зерттеу жарияландыNature журналында. Science Alert және Корнелл университетінің ақпаратымен.