Teadlastel õnnestus esimest korda ajaloos saada ainult elektronidest koosnev Wigneri kristall
Esimest korda ajaloos õnnestus ETH Zürichi inseneridel saada tõeline kristall, mis koosneb eranditult elektronidest. Niinimetatud Wigneri kristalle ennustati teoreetiliselt 90 aastat tagasi, kuid alles nüüd oli neid võimalik otsejuhtides pooljuhtmaterjalis jälgida.
Kuidas oli võimalik elektronidest kristalli luua ja jälgida
Normaaltingimustes sarnaneb elektronide käitumine materjali kaudu vabalt voolava vedeliku käitumisega. Kuid juba 1934. aastal oli teoreetiline füüsik Yu. Wigner koostas teooria, mille kohaselt elektronide rühm on üsna võimeline kristalliseeruma tahkesse vormi, moodustades faasi, mida nüüd nimetatakse Wigneri kristalliks.
Nii et teooria kohaselt peate selleks "püüdma" ideaalse tasakaalu selliste jõudude vahel nagu elektrostaatiline tõrjumine ja liikumise energia.
Seega on liikumise energia palju võimsam tegur, mis paneb elektronid põrkuma erinevates suundades. Kuid kui seda jõudu oleks võimalik vähendada (vastavalt Wigneri oletusele), mõjutaks tõrjuv jõud elektronidele tugevamalt ja lukustaks need seega homogeensesse võre.
Nii püüdsid paljud inseneride rühmad paljude aastakümnete jooksul Wigneri teooriat kinnitada ja luua elektronidest koosneva kristalli, kuid see osutus üsna keeruliseks ülesandeks.
Lõppude lõpuks peate selleks vähendama elektronide tihedust. Lisaks tuleb need fikseerida "lõksu" ja jahutada ka absoluutse nulli lähedale, et minimeerida väliste tegurite mõju neile.
Kuidas saadi Wigneri kristall
Ja ainult teadlased ETH Zürichist suutsid täita kõik Wigneri kristalli saamise nõuded. Nii et elektronide piiramiseks kasutati üheaatomilist molübdeendisileniidi lehte, mis piiras elektronid tõhusalt kahe mõõtmega.
Elektronide arvu kontrollimiseks kinnitasid insenerid selle materjali kahe grafeenielektroodi vahele ja rakendasid minimaalset pinget. Ja nii see struktuur jahutati peaaegu absoluutseks nulliks.
Niisiis, selliste manipulatsioonide tulemusena ilmus Wigneri kristall. Kuid see osutus vaid pooleks võitlusest, sest elektronide vaheline kaugus osutus nii väikeseks (umbes 20 nanomeetrit), et kristalli mikroskoobiga oli võimatu näha.
Kristalli visualiseerimiseks otsustasid teadlased rakendada uut meetodit. Otsustati suunata valgusvoog materjalile kindla sagedusega, et alustada pooljuhtides nn kiirguste tekitamist, mis kiirgavad valgust tagasi.
Kui on olemas Wigneri kristalle, peaksid väljapääsud paista paigal, kui nad peegeldavad valgust tagasi.
Pealegi peaks see efekt avalduma ekstsioonide täheldatud ergastussagedustes ja just seda täheldasid teadlased oma katse ajal Wigneri kristalli saamiseks.
Teadlased on jaganud tehtud töö tulemusi ajakirja Nature lehtedel.
Kui teile materjal meeldis, hinnake seda ja ärge unustage kanalit tellida. Täname tähelepanu eest!