Οι φυσικοί έκαναν την πρώτη εικόνα Wigner κρύσταλλο – ένα υλικό με περίεργη κυτταρική δομή μέσα σε ένα άλλο υλικό που αποτελείται εξ ολοκλήρου από ηλεκτρόνια.
Πριν από περισσότερα από 90 χρόνια, ο διάσημος φυσικός Eugene Wigner απέδειξε μαθηματικά ότι σε πολύ χαμηλή θερμοκρασία και σε ορισμένους άλλους παράγοντες, η κίνηση των ηλεκτρονίων μπορεί να επιβραδυνθεί. Ταυτόχρονα, η φυσική τους απώθηση -σωματίδια με το ίδιο ηλεκτρικό φορτίο απωθούνται μεταξύ τους- θα διανείμει τη δομή τους σε μια ειδική «παγωμένη» μορφή, δημιουργώντας τον λεγόμενο «ηλεκτρονικό πάγο». Αν και προηγουμένως οι επιστήμονες έλαβαν έμμεσες αποδείξεις για την ύπαρξη «ηλεκτρονικού πάγου», μέχρι τώρα κανείς δεν είχε καταφέρει να δώσει μια εικόνα του.
Το σχέδιο φτερών πεταλούδας που φαίνεται παραπάνω είναι η πρώτη φωτογραφία ενός αποκαλούμενου κρυστάλλου Wigner που βρίσκεται ανάμεσα σε δύο πολύ λεπτά στρώματα ημιαγωγών. Ο χώρος μεταξύ μεμονωμένων ηλεκτρονίων, που φαίνεται στην εικόνα, είναι περίπου 100 φορές μεγαλύτερος από την απόσταση μεταξύ των ατόμων σε ένα φύλλο ημιαγωγών.
Η εικόνα ελήφθη από ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, μαζί με άλλους επιστήμονες από τις Ηνωμένες Πολιτείες και την Ιαπωνία. Δεν ήταν εύκολο να γίνει.
Για να σχηματίσουν «πάγο ηλεκτρονίων», οι φυσικοί τοποθέτησαν μεμονωμένα ατομικά στρώματα δισουλφιδίου βολφραμίου και δισελενίου βολφραμίου (δύο πολύ παρόμοιοι ημιαγωγοί) πολύ κοντά μεταξύ τους. Λόγω της δράσης του ηλεκτρικού πεδίου, η πυκνότητα ηλεκτρονίων μεταξύ των δύο στιβάδων μειώθηκε. Τέλος, ολόκληρη η εγκατάσταση ψύχθηκε σχεδόν στο απόλυτο μηδέν. Σε τέτοιες συνθήκες, τα ηλεκτρόνια επιβραδύνθηκαν όσο το δυνατόν περισσότερο και σχεδόν σταμάτησαν να κινούνται.
Το τελευταίο καθήκον ήταν να πάρουμε την ίδια την εικόνα. Για αυτό, η πειραματική συσκευή καλύφθηκε με ένα φύλλο γραφενίου. Το γεγονός είναι ότι τα φύλλα γραφενίου λειτουργούν ως φωτογραφικό χαρτί, στο οποίο καταγράφεται η θέση των μεμονωμένων ηλεκτρονίων. Η τυπική κρυσταλλική δομή αντικατοπτρίστηκε πάνω του. Αυτή είναι μια έμμεση μέτρηση, αλλά αναμφίβολα αποδεικνύει την ύπαρξη κρυστάλλων Wigner και αντανακλά την εμφάνιση του «πάγου ηλεκτρονίων».
Διαβάστε επίσης:
- Οι μηχανικοί δημιούργησαν μια αυτοτροφοδοτούμενη βιοηλεκτρονική συσκευή
- Οι επιστήμονες δημιούργησαν ένα νέο είδος μετάλλου στο οποίο τα ηλεκτρόνια ρέουν σαν υγρό