Los científicos por primera vez en la historia lograron obtener un cristal Wigner, que consta solo de electrones.
Por primera vez en la historia, los ingenieros de ETH Zurich lograron obtener un cristal real, que consiste exclusivamente en electrones. Los llamados cristales de Wigner se predijeron teóricamente hace 90 años, pero solo ahora se podían observar en vivo directamente en un material semiconductor.
Cómo fue posible crear y observar un cristal a partir de electrones
En condiciones normales, el comportamiento de los electrones se asemeja al comportamiento de un líquido que fluye libremente a través de un material. Pero ya en 1934, el físico teórico Yu. Wigner formuló una teoría según la cual un grupo de electrones es bastante capaz de cristalizar en una forma sólida, formando una fase que ahora se conoce como cristal de Wigner.
Entonces, según la teoría, para esto es necesario "capturar" el equilibrio ideal entre fuerzas como la repulsión electrostática y la energía del movimiento.
Entonces, la energía del movimiento es un factor mucho más poderoso que hace que los electrones reboten en una variedad de direcciones. Pero si esta fuerza pudiera reducirse (según la suposición de Wigner), entonces la fuerza repulsiva tendría un efecto más fuerte sobre los electrones y, por lo tanto, los encerraría en una red homogénea.
Entonces, durante muchas décadas, varios grupos de ingenieros intentaron confirmar la teoría de Wigner y crear un cristal que consta de electrones, pero esto resultó ser una tarea bastante difícil.
Después de todo, para esto necesitas reducir la densidad de electrones. Además, deben fijarse en una "trampa", y también enfriarse a una temperatura cercana al cero absoluto para minimizar la influencia de factores externos sobre ellos.
Cómo se obtuvo el cristal Wigner
Y solo los científicos de ETH Zurich lograron cumplir con todos los requisitos para obtener un cristal Wigner. Entonces, para confinar los electrones, se utilizó una hoja monoatómica de diselenuro de molibdeno, que limitaba efectivamente los electrones a dos dimensiones.
Para controlar la cantidad de electrones, los ingenieros sujetaron este material entre dos electrodos de grafeno y aplicaron un voltaje mínimo. Y así esta estructura se enfrió hasta casi el cero absoluto.
Entonces, como resultado de tales manipulaciones, apareció el cristal Wigner. Pero esto resultó ser solo la mitad de la batalla, porque la distancia entre los electrones resultó ser tan pequeña (unos 20 nanómetros) que era imposible ver el cristal con un microscopio.
Para visualizar el cristal, los científicos decidieron aplicar un nuevo método. Se decidió dirigir un chorro de luz sobre el material con una frecuencia fija con el fin de iniciar el proceso de excitación de las llamadas "exciones" en el semiconductor, que emiten luz espalda.
Si hay cristales de Wigner, entonces las exciones deben aparecer estacionarias cuando reflejan la luz.
Además, este efecto debería manifestarse en las frecuencias de excitación observadas de las exciones, y esto es exactamente lo que los científicos observaron durante su experimento para obtener un cristal de Wigner.
Los científicos han compartido los resultados del trabajo realizado en las páginas de la revista Nature.
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