Kolejne ważne odkrycie w świecie fizyki, tym razem dotyczące elektronów

Kryształ Wignera – fizycy zrobili mu pierwsze zdjęcie

Naukowcom udało się zrobić pierwsze w historii zdjęcie nieuchwytnego kryształu elektronowego, zwanego także kryształem Wignera. To niezwykły materiał o wzorze plastra miodu, który ukrywa się wewnątrz innego materiału, zbudowanego w całości z elektronów.

Kryształy elektronowe zostały zaproponowane przez węgierskiego fizyka Eugene Wignera w 1934 r., ale dopiero blisko 90 lat później udało się je bezpośrednio zaobserwować.

Zdjęcie, które udało się zrobić naukowcom z University of California przedstawia elektrony upakowane blisko siebie w ciasny, powtarzający się wzór. Wyniki eksperymentów stojących za zdjęciem opisano w Nature. To pierwszy raz, gdy zrobiono zdjęcie kryształu Wignera, a tym samym potwierdzono empirycznie istnienie tego materiału.

Czym są kryształy Wignera?

Wewnątrz przewodników takich, jak srebro czy miedź oraz półprzewodników takich, jak krzem, elektrony poruszają się szybko i w niewielkim stopniu mogą ze sobą oddziaływać. W niskich temperaturach zwalniają do zera i zaczynają się odpychać. Układają się w powtarzalny wzór przypominający plaster miodu, co minimalizuje całkowite zużycie energii.

Reklama
Tak wygląda kryształ Wignera

Aby tego dokonać, naukowcy uwięzili elektrony w szczelinie między dwoma warstwami półprzewodników – disulfidu wolframu i diselenku wolframu. Następnie przyłożono pole elektryczne w poprzek luki, aby usunąć wszelkie potencjalnie zaburzenia elektronów, a całość schłodzono do temperatury 5 stopni powyżej zera bezwzględnego.

Szybkie elektrony dosłownie zostały „zamrożone”, osadzając się w strukturze kryształu Wignera. Następnie użyto skaningowego mikroskopu tunelowego, aby zrobić zdjęcie nowo uzyskanej strykturze.

To niezbity dowód na istnienie kryształów Wignera, więc można zrobić krok naprzód i wykorzystać je do odpowiedzi na poważniejsze pytania dotyczące interakcji między wieloma elektronami, np. dlaczego kryształy układają się w plastry miodu.