تمكن العلماء لأول مرة في التاريخ من الحصول على بلورة Wigner المكونة فقط من الإلكترونات
لأول مرة في التاريخ ، تمكن المهندسون في ETH Zurich من الحصول على بلورة حقيقية تتكون حصريًا من الإلكترونات. تم توقع ما يسمى ببلورات Wigner نظريًا منذ 90 عامًا ، ولكن الآن فقط أصبح من الممكن ملاحظتها وهي تعيش مباشرة في مادة شبه موصلة.
كيف كان من الممكن إنشاء ومراقبة بلورة من الإلكترونات
في ظل الظروف العادية ، يشبه سلوك الإلكترونات سلوك سائل يتدفق بحرية عبر مادة ما. ولكن بالفعل في عام 1934 ، الفيزيائي النظري يو. صاغ Wigner نظرية مفادها أن مجموعة من الإلكترونات قادرة تمامًا على التبلور في شكل صلب ، وتشكيل مرحلة يشار إليها الآن باسم بلورة Wigner.
لذلك ، وفقًا للنظرية ، لهذا تحتاج إلى "التقاط" التوازن المثالي بين القوى مثل التنافر الكهروستاتيكي وطاقة الحركة.
لذا فإن طاقة الحركة هي عامل أقوى بشكل ملحوظ يجعل الإلكترونات ترتد في اتجاهات مختلفة. ولكن إذا كان من الممكن تقليل هذه القوة (وفقًا لافتراض Wigner) ، فإن القوة الطاردة سيكون لها تأثير أقوى على الإلكترونات ، وبالتالي ستغلقها في شبكة متجانسة.
على مدى عقود عديدة ، حاولت مجموعات مختلفة من المهندسين تأكيد نظرية ويغنر وإنشاء بلورة تتكون من إلكترونات ، ولكن تبين أن هذه مهمة صعبة نوعًا ما.
بعد كل شيء ، لهذا تحتاج إلى تقليل كثافة الإلكترونات. بالإضافة إلى ذلك ، يجب تثبيتها في "مصيدة" ، وكذلك تبريدها إلى درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق لتقليل تأثير العوامل الخارجية عليها.
كيف تم الحصول على بلورة Wigner
وتمكن علماء من ETH Zurich فقط من تلبية جميع متطلبات الحصول على بلورة Wigner. لذلك من أجل الحد من الإلكترونات ، تم استخدام لوح أحادي الذرة من ديسلينيد الموليبدينوم ، مما حد من الإلكترونات إلى بعدين.
للتحكم في عدد الإلكترونات ، قام المهندسون بتثبيت هذه المادة بين قطبين من الجرافين وطبقوا جهدًا كهربيًا أدنى. وهكذا تم تبريد هذا الهيكل إلى الصفر المطلق تقريبًا.
لذلك ، نتيجة لمثل هذه التلاعبات ، ظهرت بلورة Wigner. لكن تبين أن هذا يمثل نصف المعركة فقط ، لأن المسافة بين الإلكترونات كانت صغيرة جدًا (حوالي 20 نانومترًا) بحيث كان من المستحيل رؤية البلورة باستخدام المجهر.
لتصور البلورة ، قرر العلماء تطبيق طريقة جديدة. تقرر توجيه تيار من الضوء إلى المادة بتردد ثابت من أجل تبدأ عملية إثارة ما يسمى بـ "الإثارة" في أشباه الموصلات ، والتي ينبعث منها الضوء عودة.
في حالة وجود بلورات Wigner ، يجب أن تظهر الامتدادات ثابتة عندما تعكس الضوء للخلف.
علاوة على ذلك ، يجب أن يتجلى هذا التأثير في ترددات الإثارة المرصودة للإثارة ، وهذا بالضبط ما لاحظه العلماء أثناء تجربتهم للحصول على بلورة Wigner.
شارك العلماء نتائج العمل المنجز على صفحات مجلة Nature.
إذا أعجبتك المادة ، يرجى تقييمها ولا تنس الاشتراك في القناة. شكرا لك على انتباهك!