Elektronlar genellikle atomlarının etrafında uçuşurken görülüyor, ancak bir fizikçi ekibi artık parçacıkları çok farklı bir durumda görüntüledi: Wigner kristali adı verilen bir kuantum fazında, çekirdeğinde bir çekirdek olmadan bir arada bulunuyorlardı.
Bu aşamaya Eugene Wigner’ın adı verilmiştir. 1934’te tahmin edildi aralarındaki belirli etkileşimler yeterince güçlü olduğunda elektronların bir kafes içinde kristalleşeceğini. Son ekip, tahmin edilen kristali doğrudan görüntülemek için yüksek çözünürlüklü taramalı tünelleme mikroskobu kullandı; onların araştırması yayınlanan Bu hafta Doğa’da.
Princeton Üniversitesi’nden fizikçi Ali Yazdani, “Wigner kristali, maddenin tahmin edilen en etkileyici kuantum evrelerinden biridir ve oluşumuna ilişkin en iyi ihtimalle dolaylı kanıt bulduğunu iddia eden çok sayıda çalışmanın konusudur” dedi. çalışmanın kıdemli yazarı, bir üniversitede serbest bırakmak.
Elektronlar karşılıklı olarak itilirler; birbirlerinden uzak durmayı severler. 1970’lerde Bell Laboratuvarlarında bir ekip bir elektron kristali yarattı parçacıkları helyuma püskürterek elektronların kristal gibi davrandığını gözlemlediler. Ancak bu deney klasik alanda sıkışıp kalmıştı. Ekibe göre son deneyde “gerçek Wigner kristali” üretildi, çünkü kafesteki elektronlar birbirine yapışmış tek tek parçacıklar yerine dalga olarak iş görüyordu.
Wigner, elektronların bu kuantum fazının, buna rağmen değil, parçacıkların karşılıklı itmesi nedeniyle meydana geleceğini teorileştirdi. Ancak bu yalnızca çok soğuk havalarda ve düşük yoğunluklu koşullarda meydana gelebilir. Yeni deneyde ekip, malzeme kusurlarından kapsamlı bir şekilde arındırılmış iki grafen tabakasının arasına elektronları yerleştirdi. Daha sonra numuneleri soğuttular ve buna dik bir manyetik alan uyguladılar. En yüksek manyetik alan kuvveti 13,95 Tesla, en düşük sıcaklık ise 210 milikelvin olarak ölçüldü. Elektronları manyetik bir alana koymak onların hareketini daha da kısıtlayarak kristalleşme şanslarını artırır.
Princeton Üniversitesi’nden araştırmacı ve makalenin ilk yazarlarından Minhao He, aynı yayında “Elektronlar arasında doğal bir itme var” dedi. “Birbirlerini itmek istiyorlar ama bu arada elektronlar sonlu yoğunluktan dolayı sonsuz ayrı olamazlar. Sonuç olarak, lokalize elektronların her biri belirli bir miktarda alan kaplayarak, sıkı bir şekilde paketlenmiş, düzenli bir kafes yapısı oluşturuyorlar.”
Ekip, Wigner kristalinin beklenenden daha uzun bir aralıkta sabit kalmasına şaşırdı. Ancak daha yüksek yoğunluklarda kristal faz yerini bir elektron sıvısı. Daha sonra araştırmacılar, Wigner kristal fazının manyetik alan altında elektronların diğer fazlarına nasıl yol açtığını görüntülemeyi umuyorlar.
Bunlar egzotik materyalleri incelemek için baş döndürücü günlerdir. sıcaklığın ikinci sesini inceleyerek ile daha uzun süre kalıcı olan zaman kristalleri her zamankinden daha fazla. Fizikçiler, maddeyi uç noktalarına kadar inceleyerek evrenimizi oluşturan maddeleri ve onların uyduğu gizemli yasaları daha iyi anlayacaklar.
Daha fazla: Fizikçiler Nihayet Maddenin İlk Olarak 1973’te Tahmin Edilen Egzotik Halini Gözlemlediler