Прямо з наукової фантастики: Вчені створюють кристал, виготовлений виключно з електронів

Нерідко не те, що переплутавшись у лабораторії, випустила фундаментальний прорив, à la michael faraday з його магнітами та призмами. Ще більш незвичайне - це відкриття того ж, що двома дослідними групами одночасно: Ньютон і Лейбніз. Але кожен так часто, навіть рідкісні події відбуваються. Влітку 2021 року був банерним сезоном для фізики конденсованих речовин. Три окремі команди дослідників створили кристал, виготовлений цілком з електронів, - і один з них фактично зробив це випадково.

Дослідники працювали з одностороннім товстими напівпровідниками, охолоджували до ультра низької температури. Одна команда, очолювана парком Гонконду разом з Євгеном Делером, обидва Гарвард, виявив, що коли в шарах цих салонів напівпровіднику були присутні, електрони зупинилися у своїх трасах і стояли "таємниче". Врешті-решт, колеги згадували стару ідею, щоб зробити з кристалами WIGNER, які були однією з тих речей, які існують на папері та теоретично, але ніколи не були перевірені в житті. Вігер розрахував, що через взаємне електростатичне відштовхування, електрони в монослої б припустили брісну візерунок.

Парк і Група Демлер не були самотньою в своїх травайлах. "Група теоретичних фізиків, очолювала Євген Демулер Гарвардського університету, який переходить до ЕТ [Ефі Цюріх, у Швейцарії] цього року, теоретично розраховував, як цей ефект повинен з'явитися в спостережуваних частотах збудження екситонів, і це саме Те, що ми спостерігали в лабораторії, - сказав Атач Імамоглу, сам з ЕТ. Група Imamoğlu використовувала таку ж методику для документування утворення кристала Wagner.

Електрони діють як магнітні полюси в дорозі: наприклад, відбитки. У твердих тілах електрони допомагають створювати регулярні, повторювані кристалічні решітки. Але це інша історія у рідинах. Оскільки рідкі електрони настільки легко порушуються, коли вони залишаються на власні пристрої, їх колективний сигнал є хаотичним, повним зміщенням, нерівномірним перешкодами.

Отримання їх врегулювання вимагає ідеального злиття екстремальних умов. По-перше, легше, коли не є багато інших електронів, щоб викликати порушення в шаблоні. Крім того, в ідеальній сітці може бути розташована акуратно ділити число електронів. Незалежна група дослідників, у тому числі відповідного автора Фен Ван УК Берклі, працювали з напівпровідником, виготовленим з тонких шарів вольфраму дисульфіду та вольфраму делеції. Атоми в цих сполуках трохи відрізняються від відстанях, тому перекриваючі шари створювали "стільниковий шаблон" Мойрі "дуже трохи нижчих енергетичних регіонів, що також допоміг електронів.

Тоді є температура. Все сповільнюється, коли дуже холодно, тому приносить температуру протягом декількох ступенів абсолютного нуля допомагає зберігати політні електрони, де вони повинні бути. Саме там, де квантові явища починають замінювати класичну поведінку електрон. Замість того, щоб діяти, як хвилі у воді, електрони починають діяти більше відповідно до їхньої часткової природи. Але як тільки холодно і досі достатньо, раптом, що містить електрони набагато простіше. Це стає менш схоже на пасажирські кішки, а більше схожі на ті акустичні пісочні візерунки. З правильним числом електронів, вони фактично виникають самі по собі.

(Автора Примітка: дайте це годинником, якщо ви хочете, щоб прохолодний A / V демонструє частинок і хвиль самоорганізуючи, щоб уникнути певних місць і концентруватися в інших. Попередження: Поверніть гучність вниз. Це як комбінація відгуку мікрофона і повітряний рейд сирена.)

Електрони є функціональною одиницею електроенергії. Отже, це може здатися, якби ви отримаєте цілу тонну електронів разом, що ви маєте, можливо, щось на кшталт м'яч блискавки: потужна, конденсована, дуже потужна кількість електроенергії, просто чекаючи, щоб записати щось. Але це не те, що відбувається в кристалі Вігер. Електрика виникає від руху електронів, а не просто їх присутності. Коригувальні електрони разом у акуратній атомній три-сітці означає, що в цьому матеріалі мало руху електронів. Це також визначення ізолятора. Ось як дослідники знали, що вони створили електронний кристал: де вони очікували, що їхній напівпровідник до напівфабрикату, це не буде. Всередині своїх голубів, електрони не рухалися, тому не було електрикою. Ці "кристали" - 100% електронів, але вони ізолятори.

Квантові коливання поблизу абсолютного нуля викликають квантово-фазові переходи, між вільними рідинами та квантовими кристалами, як кристали Wigner. Вважається, що ці квантові переходи мають важливе значення у багатьох інших квантових системах. Одного разу вони знали, що вони мали кристал Вігнера, щоб вивчити свої властивості, команда Гарвард вирішила поставити це через "квантове плавлення", що, мабуть, просто, як регулярне плавлення, але за шкалою настільки крихітна це квант ...

Все це хвилювання відбулося за шкалою, тому маленькі вчені не могли візуально образ, навіть за допомогою найкращих світлових мікроскопів. Але початкові спроби використовувати скануючий тунельний мікроскоп знищено делікатну поверхню кристала. У спалах Insight, команда Wang накладається напівпровідник з одним атом-товщиною листом графена. Кристали Wagner під дуже трохи змінювали електронну структуру графена, яку можна забрати сканування-тунельний мікроскоп. Щоб переконатися, що вони створили кристал Вігнера, фізики довелося пінувати його окремими фотонами, стукаючи електрона вільним і створюючи річ, що називається "екситон", який вони змогли виявити.

"Це право на кордоні матерії [SIC], що змінюється з частково квантового матеріалу до частково класичного матеріалу і має багато незвичайних та цікавих явищ і властивостей", - сказав Демерлер у заяві. Саме те, що це займе деякий час, щоб розробити.