A tudósoknak a történelem során először sikerült Wigner -kristályt szerezniük, amely csak elektronokból állt
A történelem során először az ETH Zürich mérnökeinek sikerült valódi kristályt szerezniük, amely kizárólag elektronokból áll. Az úgynevezett Wigner-kristályokat elméletileg 90 évvel ezelőtt jósolták, de csak most voltak képesek élőben, félvezető anyagban megfigyelni őket.
Hogyan lehetett kristályokat létrehozni és megfigyelni elektronokból
Normál körülmények között az elektronok viselkedése hasonlít az anyagon szabadon áramló folyadék viselkedéséhez. De már 1934 -ben Yu elméleti fizikus. Wigner megfogalmazott egy elméletet, amely szerint az elektronok egy csoportja igencsak képes szilárd formába kristályosodni, fázist képezni, amelyet most Wigner -kristálynak neveznek.
Tehát az elmélet szerint ehhez meg kell „fognia” az ideális egyensúlyt az erők, például az elektrosztatikus taszítás és a mozgási energia között.
Tehát a mozgási energia lényegesen erősebb tényező, amely miatt az elektronok különböző irányokban ugrálnak. De ha ezt az erőt csökkenteni lehetne (Wigner feltételezése szerint), akkor a taszító erő erősebben hatna az elektronokra, és ezáltal homogén rácsba zárná őket.
Tehát hosszú évtizedek alatt a mérnökök különböző csoportjai megpróbálták megerősíteni Wigner elméletét és elektronokból álló kristályt létrehozni, de ez meglehetősen nehéz feladatnak bizonyult.
Végül is ehhez csökkentenie kell az elektronok sűrűségét. Ezenkívül ezeket „csapdába” kell rögzíteni, és az abszolút nulla közeli hőmérsékletre is le kell hűteni, hogy minimalizálják a külső tényezők rájuk gyakorolt hatását.
A Wigner -kristály előállításának módja
És csak az ETH Zürich tudósainak sikerült teljesíteniük a Wigner kristály megszerzéséhez szükséges összes követelményt. Tehát az elektronok korlátozására monolitikus molibdén -diszenidid lapot használtak, amely hatékonyan korlátozta az elektronokat két dimenzióra.
Az elektronok számának szabályozásához a mérnökök ezt az anyagot két grafén -elektróda közé szorították, és minimális feszültséget alkalmaztak. És így ezt a szerkezetet majdnem abszolút nullára hűtötték.
Tehát az ilyen manipulációk eredményeként megjelent a Wigner -kristály. De ez csak a csata fele volt, mert az elektronok közötti távolság olyan kicsinek bizonyult (körülbelül 20 nanométer), hogy lehetetlen volt mikroszkóppal látni a kristályt.
A kristály vizualizálása érdekében a tudósok új módszer alkalmazása mellett döntöttek. Úgy döntöttek, hogy egy fénysugarat az anyagra rögzített frekvenciával irányítanak annak érdekében indítsa el a félvezető úgynevezett "gerjesztések" gerjesztési folyamatát, amelyek fényt bocsátanak ki vissza.
Ha Wigner kristályok vannak jelen, akkor a kivételeknek helytelennek kell tűnniük, amikor visszaverték a fényt.
Ezenkívül ennek a hatásnak a megfigyelt gerjesztési frekvenciákban kell megnyilvánulnia, és a tudósok pontosan ezt figyelték meg kísérletük során, hogy Wigner kristályt kapjanak.
A tudósok megosztották az elvégzett munka eredményeit a Nature folyóirat oldalain.
Ha tetszett az anyag, kérjük értékelje, és ne felejtse el feliratkozni a csatornára. Köszönöm a figyelmet!