Wetenschappers zijn er voor het eerst in de geschiedenis in geslaagd een Wigner-kristal te verkrijgen, dat alleen uit elektronen bestaat
Voor het eerst in de geschiedenis zijn ingenieurs van ETH Zürich erin geslaagd een echt kristal te verkrijgen, dat uitsluitend uit elektronen bestaat. De zogenaamde Wigner-kristallen werden 90 jaar geleden theoretisch voorspeld, maar pas nu konden ze rechtstreeks in een halfgeleidermateriaal live worden waargenomen.
Hoe het mogelijk was om een kristal van elektronen te maken en te observeren
Onder normale omstandigheden lijkt het gedrag van elektronen op het gedrag van een vloeistof die vrij door een materiaal stroomt. Maar al in 1934, theoretisch fysicus Yu. Wigner formuleerde een theorie volgens welke een groep elektronen heel goed in staat is om te kristalliseren tot een vaste vorm, waardoor een fase wordt gevormd die nu het Wigner-kristal wordt genoemd.
Dus, volgens de theorie, moet je hiervoor de ideale balans vinden tussen krachten zoals elektrostatische afstoting en de energie van beweging.
Dus de energie van beweging is een veel krachtigere factor die ervoor zorgt dat elektronen in verschillende richtingen stuiteren. Maar als deze kracht zou kunnen worden verminderd (volgens de aanname van Wigner), dan zou de afstotende kracht een sterker effect hebben op de elektronen en ze dus opsluiten in een homogeen rooster.
Dus gedurende vele decennia probeerden verschillende groepen ingenieurs de theorie van Wigner te bevestigen en een kristal bestaande uit elektronen te creëren, maar dit bleek een nogal moeilijke taak te zijn.
Hiervoor moet je immers de dichtheid van elektronen verminderen. Bovendien moeten ze in een "val" worden bevestigd en ook worden gekoeld tot een temperatuur dichtbij het absolute nulpunt om de invloed van externe factoren erop te minimaliseren.
Hoe het Wigner-kristal werd verkregen?
En alleen wetenschappers van ETH Zürich slaagden erin om aan alle vereisten te voldoen voor het verkrijgen van een Wigner-kristal. Dus om elektronen op te sluiten, werd een monoatomisch vel molybdeendiselenide gebruikt, dat elektronen effectief tot twee dimensies beperkte.
Om het aantal elektronen te beheersen, klemden ingenieurs dit materiaal tussen twee grafeenelektroden en legden een minimale spanning aan. En zo werd deze structuur afgekoeld tot bijna het absolute nulpunt.
Dus als gevolg van dergelijke manipulaties verscheen het Wigner-kristal. Maar dit bleek slechts het halve werk, want de afstand tussen de elektronen bleek zo klein te zijn (ongeveer 20 nanometer) dat het kristal niet met een microscoop te zien was.
Om het kristal zichtbaar te maken, besloten de wetenschappers een nieuwe methode toe te passen. Besloten is om een lichtstroom met een vaste frequentie op het materiaal te richten om start het proces van excitatie van de zogenaamde "excions" in de halfgeleider, die licht uitstralen rug.
Als er Wigner-kristallen aanwezig zijn, moeten de uiteinden stationair lijken wanneer ze licht terugkaatsen.
Bovendien zou dit effect zich moeten manifesteren in de waargenomen excitatiefrequenties van excions, en dit is precies wat de wetenschappers hebben waargenomen tijdens hun experiment om een Wigner-kristal te verkrijgen.
Wetenschappers hebben de resultaten van het werk gedeeld op de pagina's van het tijdschrift Nature.
Als je het materiaal leuk vond, beoordeel het dan en vergeet je niet te abonneren op het kanaal. Bedankt voor uw aandacht!