Zobrazowali niezwykły stan materii – kryształ Wignera

Przed dwoma miesiącami informowaliśmy, że po ponad 80 latach fizykom udało się stworzyć – zbudowany wyłącznie z elektronów – kryształ Wignera. Teraz inna grupa naukowa nie tylko uzyskała kryształ Wignera, ale go też zobrazowała. Możemy więc naocznie przekonać się, jak wygląda ten niezwykły stan materii. A wszystko dzięki pracy zespołu Feng Wanga z University of California w Berkeley.

Najpierw, żeby uzyskać kryształ, naukowcy zbudowali urządzenie zawierające atomowej grubości warstwy podobnych półprzewodników: disiarczku wolframu i diselenku wolframu. Następnie za pomocą pola elektrycznego sterowano gęstością elektronów swobodnie poruszających się pomiędzy obiema warstwami. Urządzenie zostało schłodzone do temperatury kilku stopni powyżej zera absolutnego. Dzięki temu i odpowiedniej konstrukcji urządzenia, uzyskano kryształ Wignera.

Następnie naukowcy wykorzystali skaningowy mikroskop tunelowy (STM) do jego zobrazowania. W STM przez igłę próbkującą materiał przepuszczany jest prąd. Mikroskop nie rejestruje fizycznego wyglądu próbki, ale tworzy jej obraz poprzez pomiar obsadzonych i nieobsadzonych stanów elektronowych.

Pierwsze próby zobrazowania kryształu były nieudane, gdyż prąd niszczył delikatny kryształ. Naukowcy dodali więc warstwę grafenu. Obecność kryształu Wignera pod grafenem nieco zmieniała strukturę elektronową samego grafenu, co mógł badać STM. Jak się spodziewano, kolejne elektrony w krysztale Wignera znajdują się niemal 100-krotnie dalej niż atomy w kryształach wykorzystanych do budowy warstw urządzenia.

Carmen Rubio Verdu z Columbia University mówi, że technika z wykorzystaniem grafenu będzie bardzo pomocna również przy badaniu innych materiałów za pomocą STM. To technika nieinwazyjna dla badanego materiału. To bardzo sprytny pomysł, stwierdza Kin Fai Mak, fizyk z Cornell University.

kryształ Wignera elektrony