Прямо из научной фантастики: ученые создают кристалл, сделанный исключительно из электронов

Не часто, что возиться в лаборатории, вызвало фундаментальный прорыв, а La Michael Faraday с его магнитами и призмами. Даже более редко - это открытие того же вещей двух исследовательских команд одновременно: Newton и Leibniz приходят на ум. Но каждый частый, даже самые редкие события происходят. Летом 2021 года был баннерным сезоном для физики конденсированного вещества. Три отдельных команда исследователей создали кристалл полностью из электронов - и один из них на самом деле сделал это случайно.

Исследователи работали с полупроводниками с одним атомным атомным атомным атомным атомным атомным, охлажденным до сверхвысоких температур. Одна команда, возглавляемая парком Hongkun вместе с Евгением Дэмлером, оба Гарварда, обнаружила, что, когда очень специфические числа электронов присутствовали в слоях этих скользких полупроводников, электроны остановились на своих треках и стояли «таинственно все еще». В конце концов коллеги вспомнили старую идею, связанную с кристаллами Вигнера, которые были одной из тех вещей, которые существуют на бумаге и теории, но никогда не были проверены в жизни. Wigner рассчитал, что из-за взаимного электростатического отталкивания электроны в монослое примутся бы предположить три-сетку.

Группа парка и Дэрлера не одинока в своих страдах. «Группа теоретических физиков во главе с Евгением Дэмлер Гарвардского университета, который движется в ЭТ [Zurich, в Швейцарии] в этом году, теоретически оценил теоретически, как этот эффект должен появиться в наблюдаемых частотах возбуждения экситонов - и это именно Что мы наблюдали в лаборатории », - сказал Атач Имамоглу, сам от eth. Группа Imamoğlu использовала ту же технику для документирования формирования кристалла Вигнера.

Электроны действуют как магнитные поляки таким образом: как подобные отталкивания. В твердых телах электроны помогают создавать регулярные, повторяющиеся кристаллические решетки. Но это другая история в жидкостях. Поскольку жидкие электроны настолько легко нарушены, когда осталось на собственных устройствах, их коллективная форма волны является хаотичным, полным смещения, неравномерных помех.

Получение их поселиться, требует идеального слияния экстремальных условий. Во-первых, проще, когда нет многих других электронов, чтобы вызвать нарушение в рисунке. Кроме того, аккуратно делимое количество электронов может быть организовано в идеальной сетке. Независимая группа исследователей, в том числе корреспондент автор Фэн Уэн УК Беркли, работал с полупроводником из атома-тонких слоев вольфрамового дисульфида вольфрама и вольфрамового образца. Атомы в этих соединениях немного разные расстояния друг от друга, поэтому перекрывающиеся слои создали «сотова-образный могил» очень слегка более низких энергетических областей, которые также помогали электронам оседать.

Тогда есть температура. Все замедляется, когда очень холодно, поэтому приносит температуру в пределах нескольких степеней абсолютного нуля, помогает держать электрические электроны, где они должны быть. Именно здесь квантовые явления начинают заменять классическое электронное поведение. Вместо того, чтобы действовать как волновые фронты в воде, электроны начинают действовать больше в соответствии с их частицейской природой. Но однажды холодно и еще достаточно, все вдруг, содержащие электроны, становится намного проще. Это становится меньше похоже на тупых кошек и больше похоже на эти акустические образцы песчаных пластин. С нужным количеством электронов они на самом деле выстраиваются сами по себе.

(Примечание автора: дайте это часы, если вы хотите прохладить демонстрационную демонстрацию частиц и волны самоорганизации, чтобы избежать определенных мест и концентрата в других. Предупреждение: поверните объемный путь вниз. Это как сочетание микрофона обратной связи и Воздушный рейд сирена.)

Электроны - это функциональная единица электричества. Итак, может показаться, если вы получите целую тонну электронов вместе, то, что у вас было, возможно, что-то вроде Ball Lightning: мощный, конденсированный, очень мощное количество электричества, просто ждут Zap что-то. Но это не то, что происходит в кристалле Вигнера. Результаты электричества из движения электронов, а не только их присутствия. Корраллирование электронов вместе в аккуратной атомной три-решетке означает, что в этом материале мало движения электронов. Это также определение изолятора. Вот как исследователи знали, что они создали электрон Crystal: где они ожидали, что их полупроводник к полупроду, это не так. Удерживается внутри своих голубиков, электроны не двигались, поэтому ни было электричество. Эти «кристаллы» составляют 100% электрон, но они изоляторы.

Квантовые флуктуации вблизи абсолютного нуля вызывают квантовые фазовые переходы, между свободной текучей жидкостью и квантовыми кристаллами, такими как кристаллы Вигнера. Считается, что эти квантовые переходы важны во многих других квантовых системах. Как только они знают, что у них был кристалл Вигнера, чтобы исследовать свои свойства, команда Гарварда решила поставить его через «квантовое плавление», которое, по-видимому, просто как обычное плавление, но по шкале, так что крошечно, это квантовый ...

Все это волнение произошло в масштабе, поэтому маленькие ученые не могли визуально изображением даже использовать лучшие световые микроскопы. Но начальные попытки использовать сканирующий туннельный микроскоп уничтожил тонкую поверхность кристалла. Во вспышке, команда Вана накладывает полупроводник одним атомным листом графена. Кристаллы Вигнера внизу очень слегка изменяли электронную структуру графена, которую может подобрать сканирующий туннельный микроскоп. Чтобы убедиться, что они создали кристалл Вигнера, физики пришлось пингировать его с отдельными фотонами, выбивая электрон свободно и создавая вещь, называемую «экситоном», который они смогли обнаружить.

«Это прямо на границе вещества [SiC], изменяющихся из частично квантового материала до частично классического материала и имеет много необычных и интересных явлений и свойств», - сказал Дэмлер в заявлении. Именно то, что это займет некоторое время на работу.

Читать далее

Ученые подтверждают наличие воды на Луне

Ученые подтвердили открытие молекулярной воды на Луне. Есть ли это в форме, которую мы можем использовать? Это менее ясно.

Ученые нашли планету, где идет дождь, расплавленная скала

Земля - ​​скала, моря - скалы, и да, даже воздух - скала.

Ученые разработали спрей для носа, который может вылечить коронавирус

В недавно опубликованном исследовании смесь оказалась эффективной для дезактивации нового коронавируса до того, как он смог заразить клетки.

Ученые напечатали на 3D-принтере микроскопический корабль "Вояджер" с собственным двигателем

У него нет варп-двигателей, но он прекрасно уживается с помощью перекиси водорода и платины.