Za správných okolností mohou elektrony skutečně „zmrazit“ do bizarní pevné formy. Nyní fyzici v Berkeley Lab vytvořili a pořídili vůbec první přímé snímky této struktury.
Při nízkých teplotách a hustotách mohou skupiny elektronů krystalizovat do pevné formy známé jako Wignerův krystal, pojmenované po teoretickém fyzikovi Eugenu Wignerovi, který jako první předpověděl jejich existenci ve 30. letech 20. století. Teprve před několika lety je vědci poprvé přímo detekovali a zobrazili.
Nyní tým poprvé zobrazil novou kvantovou fázi elektronů – související strukturu nazývanou Wignerův molekulární krystal. V podstatě jde o stejnou pevnou elektronovou fázi, až na to, že na každém místě mřížky se místo jednotlivých elektronů usazují skupiny elektronů.
Elektrony obvykle protékají materiály více či méně volně a působí poněkud jako neuspořádaná kapalina. Pokud se ale podaří jejich pohyb rovnou zpomalit, měla by převzít další vlastnost – jejich elektrostatické odpuzování. Protože všechny elektrony mají stejný náboj, přirozeně se odpuzují, takže když se přestanou pohybovat, odtlačí se od sebe do určité vzdálenosti a tam se uzamknou. Výsledkem je Wignerova krystalická fáze.
K výrobě Wignerových molekulárních krystalů potřebovali vědci nový rámec, který by držel elektrony, aby tvořily „molekuly“. Začínají vrstvou hexagonálního nitridu boru o tloušťce 49 nanometrů, poté se naskládají na dvě vrstvy disulfidu wolframu, z nichž každá má tloušťku jednoho atomu. Jedna vrstva je stočena do úhlu 58 stupňů vzhledem k druhé.
Výsledná „tWS2 moaré supermřížka“ je pak dotována elektrony a jistě, dva nebo tři elektrony shromážděné do každé základní buňky mřížky. Tyto malé skupiny jsou v podstatě elektronové molekuly, které dohromady tvoří nepolapitelný molekulární krystal Wigner.
Prohlížet si krystal se ukázalo jako další výzva. K zobrazení věcí v tomto měřítku se běžně používá rastrovací tunelový mikroskop (STM), ale elektrické pole produkované špičkou má tendenci narušovat křehkou konfiguraci elektronů v krystalu. Tým našel způsob, jak toto elektrické pole minimalizovat, což jim umožní pořídit první snímky jevu.
Vědci plánují v budoucích experimentech dále zkoumat Wignerovy molekulární krystaly, aby zjistili, jaké aplikace by z nich mohly vyjít.
Výzkum byl publikován v časopise Věda.
Zdroj: Berkeley Lab
Čerpáme z těchto zdrojů: google.com, science.org, newatlas.com, wired.com, pixabay.com
