През 1934-а теоретичният физик Юдажин Вигнер развива хипотезата, че съществува

През 1934-а теоретичният физик Юдажин Вигнер развива хипотезата, че съществува нов вид кристал.

Ако плътността на негативно заредените електрони се поддържа под несъмнено равнище, субатомните частици биха могли да бъдат подредени по подобен метод, че да образуват кристал от електрони – концепция, която ще стане известна като кристала на Вигнер.

На доктрина звучи елементарно, само че електроните са много преносими и е мъчно да бъдат застопорени на едно място. Въпреки това екип от физици реализира таман това – те съумяха да „ пленят “ тези обикновени частици сред два двуизмерни полупроводникови пласта от волфрам.

Стандартните кристали (като диамантите и кварцът) се образуват от мрежи от атоми, подредени във закрепена триизмерна повтаряща се конструкция. Според концепцията на Вигнер електроните биха могли да бъдат подредени по подобен метод, само че единствено в случай че са неподвижни.

Ако плътността на електроните е задоволително ниска, то Законът на Кулон сред електроните с един и същи заряд създава евентуално задоволително сила, която би трябвало да вземе връх над кинетичната им сила. А това от своя страна ще накара електроните да застанат на едно място. Тук се крие и главното предизвикателство.

„ Електроните са квантово механични. Дори и нищо да не им вършиме, те отново непринудено шават по всички страни от самото начало – споделя физикът Кин Фей Мак от Корнелския университет. – Един кристал от електрони безусловно ще се разтапя, защото е мъчно да поддържаме електроните във закрепена позиция. “

Ето за какво с цел да създадем кристали на Вигнер, би трябвало да изработим самобитни клопки за електрони – да вземем за пример мощни магнитни полета или едноелектронови транзистори. Пълната кристализация обаче убягваше на учените – най-малко до момента. През 2018-а учени от Масачузетския софтуерен институт (MIT), опитващи се да основат тип изолатор, може и да са произвели кристал на Вигнер. Техните резултати обаче подлежат на интерпретация.

Източник: UCSD Department of Physics

Капанът на екипа от MIT е представлявал конструкция от графен, известна като моарова супер решетка, при която две двуизмерни мрежи са в суперпозиция (но леко извъртени). По този метод се появява по-голяма регулярна класификация, както може да видите на изображението нагоре.

Сега екипът от Корнелския университет, управителен от физик от Янг Ксу, е употребявал един по-целеви метод – със своя лична моарова супер решетка. За своите два полупроводникови пласта те са употребявали волфрамов бисулфид (WS2) и волфрамов дисленид (WSe2), основани особено в Колумбийския университет.

Когато бъдат наложени един върху различен, тези пластове образуват шестоъгълен модел, допускащ на екипа да откри надзор над електроните във всяко едно съответно моарово разположение.

При идната стъпка учените слагат деликатно електроните на съответни места в мрежата, употребявайки математически калкулации, с цел да дефинират коефициента на претовареност, при който другите подредби на електроните ще доведат до образуването на кристали.

Накрая те ревизират дали догатките са им били верни, като следят дали се е образувал кристал на Вигнер или не.

„ За да се основат кристали от електрони, е нужно да бъдат изпълнени съответни условия. Същевременно те са извънредно нежни – споделя Мак. – Нуждаете се от добър метод, по който да ги тествате. Определено не желаете да ги „ смутите “ по какъвто и да било метод. “

В края на краищата, след деликатна инспекция, се оказва, че екипът от Корнелския университет фактически е основал кристал на Вигнер – достижение, което може да откри приложение в квантовата физика на бъдещето.

Изследването е оповестено в Nature.