Naukowcy przedstawili właśnie bezpośrednie dowody na istnienie kryształu Wignera. Choć od dziesięcioleci ten niezwykły rodzaj materii, składający się wyłącznie z elektronów, był przedmiotem wielu eksperymentów, po raz pierwszy udało się go zaobserwować.
W latach 30. ubiegłego wieku węgierski fizyk Eugene Wigner zaproponował koncepcję, według której interakcja pomiędzy elektronami może prowadzić do ich ułożenia się w powtarzalny wzór. Zgodnie z jego teorią może to nastąpić w ekstremalnie niskiej temperaturze i gęstości oraz w wyniku wzajemnego odpychania się elektronów.
- Kryształ Wignera jest jedną z najbardziej fascynujących kwantowych faz materii, będącą przedmiotem licznych badań, w których twierdzono, że znaleziono pośrednie dowody na jego powstanie - powiedział Ali Yazdani, profesor fizyki na Uniwersytecie Princeton w New Jersey.
Wiele eksperymentów
Przez długi czas kryształ Wignera pozostawał w sferze teorii. Dopiero dzięki eksperymentom, z których pierwszy przeprowadzono w latach 70. XX wieku, przestano spekulować na temat jego istnienia, a zamiast tego udowodniono je. W ciągu kolejnych dekad naukowcom udało się przeprowadzić serie kolejnych, bardziej zawansowanych eksperymentów, jednak w ramach żadnego z nich nie udało się zaobserwować kryształu.
Zespół naukowców z Uniwersytetu Princeton, biorąc pod uwagę wady poprzednich eksperymentów, zaprojektował własny, który miał pozwolić na zobrazowanie kryształu. I tak się stało.
Wykorzystano do tego narzędzie nazywane skaningowym mikroskopem tunelowym, który pozwala na uzyskanie obrazu w rozdzielczości atomowej. Posłużono się dwoma cienkimi arkuszami grafenu, każdym o grubości zaledwie jednego atomu. Aby zmniejszyć energię kinetyczną elektronów, grafen schłodzono do ułamka stopnia powyżej zera bezwzględnego. Próbkę poddano działaniu pola magnetycznego. Materiał musiał być nieskazitelnie czysty, aby wykluczyć możliwość tworzenia się kryształów elektronów z powodu jego niedoskonałości.
"Możemy go zobaczyć"
- Nasza praca dostarcza pierwszych bezpośrednich obrazów tego kryształu. Udowodniliśmy, że naprawdę istnieje, i że możemy go zobaczyć - podkreślił Yen-Chen Tsu, jeden z autorów badania.
Jak powiedział Ali Yazdani, "wizualizacja tego kryształu pozwala nam nie tylko obserwować jego powstawanie, potwierdzając wiele jego właściwości, ale możemy też badać go w sposób, w jaki nie można było tego dokonać w przeszłości".
Jak czytamy w komunikacie amerykańskiej uczelni, najnowsze odkrycie, opisane na łamach czasopisma "Nature", "potwierdza 90-letnią teorię, według której "elektrony mogą łączyć się, tworząc własną formację przypominającą kryształ bez konieczności łączenia się wokół atomów".
Źródło: princeton.edu, newscientist.com, tvnmeteo.pl
Źródło zdjęcia głównego: Yen-Chen Tsui, Princeton University