Les scientifiques ont réussi pour la première fois dans l'histoire à obtenir un cristal de Wigner, composé uniquement d'électrons
Pour la première fois dans l'histoire, les ingénieurs de l'ETH Zurich ont réussi à obtenir un vrai cristal, composé exclusivement d'électrons. Les cristaux dits de Wigner ont été théoriquement prédits il y a 90 ans, mais ce n'est que maintenant qu'ils ont pu être observés en direct dans un matériau semi-conducteur.
Comment il a été possible de créer et d'observer un cristal à partir d'électrons
Dans des conditions normales, le comportement des électrons ressemble au comportement d'un liquide qui s'écoule librement à travers un matériau. Mais déjà en 1934, le physicien théoricien Yu. Wigner a formulé une théorie selon laquelle un groupe d'électrons est tout à fait capable de se cristalliser sous une forme solide, formant une phase qui est maintenant appelée le cristal de Wigner.
Donc, selon la théorie, pour cela, vous devez "attraper" l'équilibre idéal entre des forces telles que la répulsion électrostatique et l'énergie du mouvement.
L'énergie du mouvement est donc un facteur beaucoup plus puissant, qui fait rebondir les électrons dans de nombreuses directions différentes. Mais si cette force pouvait être réduite (selon l'hypothèse de Wigner), alors la force répulsive aurait un effet plus fort sur les électrons et, ainsi, les enfermerait dans un réseau homogène.
Ainsi, pendant de nombreuses décennies, divers groupes d'ingénieurs ont tenté de confirmer la théorie de Wigner et de créer un cristal composé d'électrons, mais cela s'est avéré être une tâche plutôt difficile.
Après tout, pour cela, vous devez réduire la densité des électrons. De plus, ils doivent être fixés dans un "piège", et également refroidis à une température proche du zéro absolu afin de minimiser l'influence des facteurs externes sur eux.
Comment le cristal Wigner a été obtenu
Et seuls les scientifiques de l'ETH Zurich ont réussi à remplir toutes les conditions pour obtenir un cristal de Wigner. Ainsi, pour limiter les électrons, une feuille monoatomique de diséléniure de molybdène a été utilisée, ce qui a effectivement limité les électrons à deux dimensions.
Pour contrôler le nombre d'électrons, les ingénieurs ont serré ce matériau entre deux électrodes de graphène et appliqué une tension minimale. Et donc cette structure a été refroidie à presque zéro absolu.
Ainsi, à la suite de telles manipulations, le cristal Wigner est apparu. Mais cela s'est avéré être seulement la moitié de la bataille, car la distance entre les électrons s'est avérée si petite (environ 20 nanomètres) qu'il était impossible de voir le cristal avec un microscope.
Pour visualiser le cristal, les scientifiques ont décidé d'appliquer une nouvelle méthode. Il a été décidé de diriger un flux de lumière sur le matériau avec une fréquence fixe afin de démarrer le processus d'excitation des "excions" dans le semi-conducteur, qui émettent de la lumière arrière.
Si des cristaux Wigner sont présents, les extensions doivent apparaître immobiles lorsqu'elles réfléchissent la lumière.
De plus, cet effet devrait se manifester dans les fréquences d'excitation observées des exions, et c'est exactement ce que les scientifiques ont observé lors de leur expérience pour obtenir un cristal de Wigner.
Les scientifiques ont partagé les résultats des travaux effectués sur les pages de la revue Nature.
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