Fysiker gjorde den första bilden någonsin Wigner kristall – ett material med en konstig cellstruktur inuti ett annat material som helt består av elektroner.
För mer än 90 år sedan bevisade den berömda fysikern Eugene Wigner matematiskt att vid en mycket låg temperatur och några andra faktorer kan elektronernas rörelse bromsas. Samtidigt kommer deras naturliga avstötning - partiklar med samma elektriska laddning stöta bort varandra - att fördela sin struktur till en speciell "frusen" form, vilket skapar den så kallade "elektroniska isen". Även om forskare tidigare har fått indirekta bevis på existensen av "elektronisk is", har ingen hittills kunnat ge en bild av den.
Fjärilsvingmönstret som visas ovan är det första fotografiet av en så kallad Wigner-kristall inklämd mellan två mycket tunna halvledarskikt. Utrymmet mellan enskilda elektroner, som kan ses på bilden, är ungefär 100 gånger större än avståndet mellan atomerna i ett halvledarark.
Bilden erhölls av forskare från University of California, Berkeley, tillsammans med andra forskare från USA och Japan. Det var inte lätt att göra.
För att bilda "elektronis" placerade fysiker enstaka atomlager av volframdisulfid och volframdiselen (två mycket lika halvledare) mycket nära varandra. På grund av verkan av det elektriska fältet minskade elektrontätheten mellan de två skikten. Slutligen kyldes hela installationen till nästan absolut noll. Under sådana förhållanden saktade elektronerna ner så mycket som möjligt och slutade nästan röra sig.
Den sista uppgiften var att få till själva bilden. För detta täcktes den experimentella enheten med ett ark grafen. Faktum är att grafenark fungerar som fotopapper, på vilket positionen för enskilda elektroner registreras. Den typiska kristallstrukturen reflekterades på den. Detta är en indirekt mätning, men den bevisar utan tvekan existensen av Wigner-kristaller och återspeglar utseendet på "elektronis".
Läs också:
- Ingenjörer har skapat en självdriven bioelektronisk enhet
- Forskare har skapat en ny typ av metall där elektroner flödar som en vätska