Prvé snímky elektrónov, ktoré vytvárajú zvláštne pevné kryštály
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 11. 11. 2024
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Za správnych okolností môžu elektróny skutočne „zamrznúť“ do bizarnej pevnej formy. Fyzici z Laboratória Lawrence Berkeley teraz vytvorili a urobili vôbec prvé priame snímky tejto štruktúry.
Pri nízkych teplotách a hustotách môžu skupiny elektrónov kryštalizovať do pevnej formy známej ako Wignerov kryštál, pomenovanej podľa teoretického fyzika Eugena Wignera, ktorý ich existenciu prvýkrát predpovedal v 30. rokoch 20. storočia. Až pred niekoľkými rokmi ich vedci prvýkrát priamo zistili a zobrazili.
Teraz tím po prvýkrát zobrazil novú kvantovú fázu elektrónov - príbuznú štruktúru nazývanú ako Wignerov molekulový kryštál. V podstate ide o tú istú pevnú elektrónovú fázu, len s tým rozdielom, že namiesto jednotlivých elektrónov sa na jednotlivých miestach mriežky usadzujú skupiny elektrónov.
Elektróny zvyčajne prúdia materiálom viac-menej voľne, pričom sa správajú trochu ako neusporiadaná kvapalina. Ak sa však ich pohyb podarí hneď spomaliť, mala by nastúpiť iná vlastnosť - ich elektrostatické odpudzovanie. Keďže všetky elektróny majú rovnaký náboj, prirodzene sa navzájom odpudzujú, takže keď sa prestanú pohybovať, zatlačia sa do určitej vzdialenosti od seba a tam sa uzavrú. Výsledkom je Wignerova kryštálová fáza.
Na vytvorenie Wignerových molekulárnych kryštálov potrebovali výskumníci novú štruktúru, ktorá by udržala elektróny tak, aby tvorili „molekuly“. Začali 49 nanometrov hrubou vrstvou hexagonálneho nitridu bóru, potom na ňu navliekli dve vrstvy disulfidu volfrámu, každú s hrúbkou jedného atómu. Jedna vrstva je voči druhej skrútená pod uhlom 58 stupňov.
Výsledná „moiré supermriežka tWS2“ sa potom dopuje elektrónmi a je isté, že do každej jednotkovej bunky mriežky sa nahromadili dva alebo tri elektróny. Tieto malé skupiny sú v podstate molekuly elektrónov, ktoré spolu tvoria Wignerov molekulový kryštál.
Ďalšou výzvou sa ukázalo skutočné pozorovanie kryštálu. Na zobrazenie vecí v takomto meradle sa zvyčajne používa skenovací tunelový mikroskop (STM), ale elektrické pole vytvárané hrotom má tendenciu narúšať krehkú konfiguráciu elektrónov v kryštáli. Tím preto našiel spôsob, ako toto elektrické pole minimalizovať, čo vedcom umožnilo urobiť prvé snímky tohto javu.
Vedci plánujú v budúcich experimentoch ďalej skúmať Wignerove molekulárne kryštály, aby zistili, aké aplikácie by sa z nich dali vyťažiť. Ich výskum bol nedávno uverejnený v magazíne Science.
