Дослідники візуалізували кристалічну решітку, сформовану одними електронами.
Фізики з Принстонського університету вперше отримали прямі докази існування вігнерівського кристала – дивного виду матерії, що повністю складається з електронів. Вченим вдалося візуалізувати дивні структури, підтвердивши 90-річну теорію, що електрони можуть без атомів збиратися в структури, що нагадують кристали.
У 1930-х роках фізик Юджин Вігнер написав статтю, в якій запропонував революційну ідею, що взаємодія між електронами може призвести до їхнього спонтанного розташування в щільну кристалоподібну структуру. Вчений припустив, що в умовах низької густини та надзвичайно низьких температур відштовхування між електронами повинно призвести до того, що їхня потенційна енергія буде домінувати над потребою частинок переміщатися, змушуючи їх шикуватися в кристалічну решітку.
Упродовж десятиліть фізики намагалися підтвердити існування кристалів, але досі були отримані тільки непрямі докази. У новому експерименті вчені використовували скануючий тунельний мікроскоп, щоб підтвердити формування вігнерівського кристала.
Спостереження вігнерівського кристала. Відео: Yen-Chen Tsui et al., Nature
Фізики використовували магнітні поля, щоб індукувати електронний вігнерівський кристал в “ідеально чистому” графені, в якому відсутні атомні дефекти, здатні спотворити результат. Два аркуші графена охолодили до температури, що незначно перевищує абсолютний нуль. Після цього вчені помістили матеріал у магнітне поле для налаштування щільності електронного газу, що знаходиться між шарами графену.
Візуалізація дала змогу не тільки підтвердити існування кристалів, а й вивчити їхні властивості. Наприклад, учені виявили, що кристал має трикутну конфігурацію і що його можна постійно налаштовувати залежно від щільності частинок. Це показує, що вігнерівський кристал насправді стабільний на дуже великій відстані, що суперечить існуючим теоріям. Фізики також виявили, що електрони займають не одну точку решітки, а розмитий діапазон положень, що описується як рух у нульовій точці.