Tiedemiehet onnistuivat ensimmäistä kertaa historiassa saamaan Wigner -kiteen, joka koostui vain elektroneista
Ensimmäistä kertaa historiassa ETH Zürichin insinöörit onnistuivat saamaan todellisen kristallin, joka koostuu yksinomaan elektroneista. Niin sanotut Wigner-kiteet ennustettiin teoreettisesti 90 vuotta sitten, mutta vasta nyt ne pystyttiin havaitsemaan suorana puolijohdemateriaalissa.
Kuinka oli mahdollista luoda ja havaita kide elektroneista
Normaalioloissa elektronien käyttäytyminen muistuttaa materiaalin läpi vapaasti virtaavan nesteen käyttäytymistä. Mutta jo vuonna 1934 teoreettinen fyysikko Yu. Wigner muotoili teorian, jonka mukaan elektroniryhmä kykenee kiteytymään kiinteään muotoon muodostaen vaiheen, josta nyt käytetään nimitystä Wigner -kide.
Joten teorian mukaan tätä varten sinun on "saatava" ihanteellinen tasapaino sellaisten voimien välillä, kuten sähköstaattinen karkotus ja liikeenergia.
Joten liikeenergia on paljon tehokkaampi tekijä, joka saa elektronit pomppimaan eri suuntiin. Mutta jos tätä voimaa voitaisiin pienentää (Wignerin oletuksen mukaan), niin vastustuskykyinen voima vaikuttaisi voimakkaammin elektroniin ja lukitsisi ne siten homogeeniseksi hilaksi.
Niinpä monien vuosikymmenten ajan eri insinööriryhmät yrittivät vahvistaa Wignerin teorian ja luoda elektronista koostuvan kristallin, mutta tämä osoittautui melko vaikeaksi tehtäväksi.
Loppujen lopuksi tätä varten sinun on vähennettävä elektronien tiheyttä. Lisäksi ne on kiinnitettävä "ansaan" ja myös jäähdytettävä lähellä absoluuttista nollaa olevaan lämpötilaan, jotta ulkoisten tekijöiden vaikutus niihin voidaan minimoida.
Miten Wigner -kide saatiin
Ja vain ETH Zürichin tutkijat onnistuivat täyttämään kaikki Wigner -kristallin saamisen vaatimukset. Joten elektronien rajoittamiseksi käytettiin monatomista molybdeenidislenidiarkkia, joka rajoitti tehokkaasti elektronit kahteen ulottuvuuteen.
Elektronien määrän hallitsemiseksi insinöörit kiinnittivät tämän materiaalin kahden grafeenielektrodin väliin ja käyttivät minimijännitettä. Ja niin tämä rakenne jäähdytettiin lähes absoluuttiseen nollaan.
Joten tällaisten manipulaatioiden seurauksena Wignerin kide ilmestyi. Mutta tämä osoittautui vain puoleen taistelusta, koska elektronien välinen etäisyys osoittautui niin pieneksi (noin 20 nanometriä), että kristallia ei ollut mahdollista nähdä mikroskoopilla.
Kiteen visualisoimiseksi tutkijat päättivät soveltaa uutta menetelmää. Päätettiin ohjata valovirta materiaalille kiinteällä taajuudella käynnistää valoa säteilevän puolijohteen niin kutsutun "virityksen" viritysprosessin takaisin.
Jos Wigner -kiteitä on läsnä, poikkeusten pitäisi näyttää paikallaan, kun heijastavat valoa takaisin.
Lisäksi tämän vaikutuksen pitäisi ilmetä havaituissa eksitaatioiden viritystaajuuksissa, ja juuri tätä tutkijat havaitsivat kokeessaan Wignerin kiteitä.
Tutkijat ovat jakaneet tehdyn työn tulokset Nature -lehden sivuille.
Jos pidit materiaalista, arvioi se ja muista tilata kanava. Kiitos huomiostasi!