Fyysikot tekivät kaikkien aikojen ensimmäisen kuvan Wigner kristalli – materiaali, jolla on outo solurakenne toisen materiaalin sisällä, joka koostuu kokonaan elektroneista.
Yli 90 vuotta sitten kuuluisa fyysikko Eugene Wigner osoitti matemaattisesti, että erittäin alhaisessa lämpötilassa ja joissakin muissa tekijöissä elektronien liikettä voidaan hidastaa. Samaan aikaan niiden luonnollinen hylkiminen - hiukkaset, joilla on sama sähkövaraus hylkivät toisiaan - jakaa niiden rakenteen erityiseen "jäädytettyyn" muotoon, jolloin syntyy niin sanottu "elektroninen jää". Vaikka tiedemiehet ovat aiemmin saaneet epäsuoraa näyttöä "elektronisen jään" olemassaolosta, kukaan ei ole toistaiseksi pystynyt antamaan kuvaa siitä.
Yllä oleva perhosen siipikuvio on ensimmäinen valokuva niin kutsutusta Wigner-kiteestä kahden erittäin ohuen puolijohdekerroksen välissä. Yksittäisten elektronien välinen tila, joka näkyy kuvassa, on noin 100 kertaa suurempi kuin atomien välinen etäisyys puolijohdelevyssä.
Kuvan ovat saaneet Kalifornian yliopiston Berkeleyn tutkijat sekä muut yhdysvaltalaiset ja japanilaiset tutkijat. Se ei ollut helppo tehdä.
Muodostaakseen "elektronijäätä" fyysikot asettivat yksittäisiä atomikerroksia volframidisulfidia ja volframidiseleeniä (kaksi hyvin samanlaista puolijohdetta) hyvin lähelle toisiaan. Sähkökentän vaikutuksesta kahden kerroksen välinen elektronitiheys pieneni. Lopulta koko asennus jäähdytettiin lähes absoluuttiseen nollaan. Tällaisissa olosuhteissa elektronit hidastivat niin paljon kuin mahdollista ja melkein lakkasivat liikkumasta.
Viimeisenä tehtävänä oli saada itse kuva. Tätä varten kokeellinen laite peitettiin grafeenilevyllä. Tosiasia on, että grafeeniarkit toimivat valokuvapaperina, jolle yksittäisten elektronien sijainti tallennetaan. Tyypillinen kiderakenne heijastui siinä. Tämä on epäsuora mittaus, mutta se epäilemättä todistaa Wigner-kiteiden olemassaolon ja heijastaa "elektronijään" ulkonäköä.
Lue myös:
- Insinöörit ovat luoneet omavoimaisen bioelektronisen laitteen
- Tutkijat ovat luoneet uudentyyppisen metallin, jossa elektronit virtaavat nesteen tavoin