Physiker haben das allererste Bild gemacht Wigner-Kristall – ein Material mit einer seltsamen Zellstruktur in einem anderen Material, das ausschließlich aus Elektronen besteht.
Vor mehr als 90 Jahren hat der berühmte Physiker Eugene Wigner mathematisch bewiesen, dass bei einer sehr niedrigen Temperatur und einigen anderen Faktoren die Bewegung von Elektronen verlangsamt werden kann. Gleichzeitig verteilt ihre natürliche Abstoßung – Teilchen mit gleicher elektrischer Ladung stoßen sich gegenseitig – ihre Struktur in eine spezielle „eingefrorene“ Form, wodurch das sogenannte „elektronische Eis“ entsteht. Obwohl Wissenschaftler zuvor indirekte Beweise für die Existenz von "elektronischem Eis" erhalten haben, konnte bisher niemand ein Bild davon liefern.
Das oben gezeigte Schmetterlingsflügelmuster ist das erste Foto eines sogenannten Wigner-Kristalls, der zwischen zwei sehr dünnen Halbleiterschichten eingebettet ist. Der Abstand zwischen einzelnen Elektronen, der im Bild zu sehen ist, ist etwa 100-mal größer als der Abstand zwischen Atomen in einer Halbleiterfolie.
Das Bild wurde von Forschern der University of California, Berkeley, zusammen mit anderen Wissenschaftlern aus den Vereinigten Staaten und Japan aufgenommen. Es war nicht einfach.
Um "Elektroneneis" zu bilden, platzierten Physiker einzelne Atomschichten aus Wolframdisulfid und Wolframdiselen (zwei sehr ähnliche Halbleiter) sehr nahe beieinander. Aufgrund der Wirkung des elektrischen Feldes nahm die Elektronendichte zwischen den beiden Schichten ab. Abschließend wurde die gesamte Anlage auf nahezu den absoluten Nullpunkt abgekühlt. Unter solchen Bedingungen verlangsamten sich die Elektronen so weit wie möglich und hörten fast auf, sich zu bewegen.
Die letzte Aufgabe bestand darin, das Bild selbst zu erhalten. Dazu wurde das Versuchsgerät mit einer Graphenfolie bedeckt. Tatsache ist, dass Graphenblätter als Fotopapier fungieren, auf dem die Position einzelner Elektronen aufgezeichnet wird. Darauf spiegelte sich die typische Kristallstruktur wieder. Dies ist eine indirekte Messung, die jedoch zweifellos die Existenz von Wigner-Kristallen beweist und das Auftreten von "Elektroneneis" widerspiegelt.
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