Tamamen elektronlardan oluşan egzotik kristallerin şimdiye kadarki en iyi görünümü | Araştırma

Elektronlar arasındaki karşılıklı itmenin kendiliğinden düzenlenmiş düzenlemelerin oluşumuna yol açtığı Wigner kristalleri adı verilen garip elektronik durumlar, ilk tahmin edilmelerinden yaklaşık 80 yıl sonra iki grup tarafından bağımsız olarak gözlemlendi. Araştırmacılar, yeni bir tür spektroskopi kullanan sonuçlarının önceki gözlemlerden daha kesin olduğunu savunuyorlar.

Bir maddedeki elektronlar, bir kafesteki atomlar gibi, hem karşılıklı itmeden kaynaklanan potansiyel enerjiyi hem de ısıdan gelen kinetik enerjiyi taşırlar. Atomlar nispeten kolay donabilirken, elektronların kinetik enerjisi hemen hemen her zaman baskındır çünkü elektronlar çok küçüktür ve hareket etmek için çok az enerjiye ihtiyaç duyarlar. Ayrıca, elektron yoğunluğu, konumlarındaki kuantum belirsizliği nedeniyle tek tek elektronların ayırt edilmesi için genellikle çok yüksektir. Sonuç, homojen bir elektronik yük lekesidir. 1934’te büyük teorik fizikçi Eugen Wegener, kinetik enerjisi ve yoğunluğu yeterince azaltılırsa elektronların kristal bir katı oluşturabileceğini öngördü.

Bu tür yapılar daha sonra kinetik enerjinin yapay olarak bastırıldığı manyetik alanlarda gözlemlendi. Bununla birlikte, sıfır alan gösterimleri, direnç gibi dolaylı ölçümlere dayanmaktadır. “Bir kristal parçasının gerçekten bir kristal olduğunu nasıl kanıtlayabileceğinizi düşünüyorsanız, kristalin üzerine bir dalga yayarsınız ve Bragg kırınımını fark edersiniz” diyor. Tomaş Smolensky İsviçre’deki ETH Zürih’ten.

Yeni makalelerin ilkinde, Smoleski ve meslektaşları, eksiton umklapp spektroskopisi adı verilen bir teknik kullanarak altıgen bor nitrür arasına sıkıştırılmış molibden disülfürün tek katmanlarını gözlemliyorlar.¹ Kafesi optik olarak uyarılmış dipol molekülleriyle bombaladılar. “Bu dipol elektronlarla etkileşime girer” diye açıklıyor Atak İmamoğluETH Zürih’te araştırma yürüten Dr. Elektronlar geçiş sabit ise, bir kafes görmezler; Ancak elektronlar bir kafes oluştururlarsa, bu kafesten saçılırlar. Bu tekniği kullanarak, araştırmacılar Wigner kristallerinin yaklaşık 11 keV’de oluştuğu sonucuna vardılar.

İkinci yaprakta, Hongkun Parkı Ve ABD Harvard Üniversitesi’ndeki meslektaşları, altıgen bor nitrür ile ayrılmış iki katmanlı molibden iki katmanlı çalışmaları hakkında rapor verdi.² İlişkisiz bir deneyin parçası olarak, üst ve alt katmanların farklı elektrostatik katkılanmasını sağlayan bir cihaz ürettiler. Park, “Özellikle 1:1, 4:1 veya 7:1 gibi belirli yoğunluk oranlarında, üst ve alt kapıları elektronlarla doldurmaya başladığımızda oluşan ani yalıtım durumları olduğunu fark ettik” diyor.

Dramatik iyileştirme

Teorisyenler, bunların iki katmanlı Wigner kristallerine atıfta bulunabileceğini öne sürdüler ve umklapp elektron spektroskopisi bunu desteklemektedir. Kristaller, İsviçre grubu tarafından gözlemlenen tek katmanlı Wigner kristallerinden 40K’ya kadar sıcaklıklara ve çok daha yüksek elektron yoğunluklarına tolerans gösterdi. Teorik fizikçi şöyle diyor: “Çift katmanların Wigner kristallerini stabilize etmede yararlı olabileceğini öne süren bazı eski teorik makaleler vardı, ancak Hongkun’un deneylerinde şaşırtıcı olan şey, çok daha çarpıcı bir gelişme görmeleridir. Eugene Daimler Harvard Üniversitesi ve ETH Zürih’ten, her iki makalenin de yazarı.

Her iki araştırma grubu da artık normal madde ile bu egzotik durum arasındaki faz geçişlerine daha detaylı bakmak istiyor. İmamoğlu, “Birinci dereceden bir faz geçişinde bu aşamadan sıvı faza geçemeyeceğinizi söyleyen bir teori var” diyor. “Arada tamamen keşfedilmemiş başka aşamalar olmalı.”

Teorik fizik Stephen Kevelson Amerika Birleşik Devletleri’ndeki Stanford Üniversitesi’nde, “Teorik bir bakış açısından, bir Wigner kristalinin ne olduğu ve sadece bir yalıtkanın ne olduğu konusunda tam olarak doğru bir tanım yoktur… Asıl soru, önünüzde ne kadar bağ uzunluğuna ihtiyacınız olduğudur. onu bir Wigner kristaline bağlayabilir.Bu deneylerle ve önceki deneylerle ilgili iyi bir korelasyon uzunluğu ölçüsünün olmamasındaki bir problem.Ayrıca umklapp elektron spektroskopisi ile Bragg kırınımı arasındaki önemli farkları görür.Oysa, ideal olarak, birinin ortaya çıkarabileceğini söylüyor. Bunun nasıl yapılacağı konusunda kimsenin iyi bir fikri olmadığı için, mevcut yazarlar bunları açıklamak için bir dereceye kadar teorik modelleme içeren dolaylı ölçümlere güveniyorlar.” “Sonuçlar, kendi başlarına, daha geleneksel tekniklerin kullanıldığı önceki ölçümlerden açıkça daha fazla veya daha az ikna edici.” Bununla birlikte, “burada gerçekten yeni bir şey var ve bu, yüksek oranda ilişkili sistemlerde elektronlarla uğraşmanın yepyeni bir yolunu açabilir” sonucuna varıyor.