Fisikawan mengambil gambar kristal elektron untuk pertama kalinya

Elektron biasanya terlihat terbang mengelilingi atomnya, namun tim fisikawan kini telah menggambarkan partikel-partikel tersebut dalam keadaan yang benar-benar berbeda: berbaring bersama dalam fase kuantum yang disebut kristal Wigner, tanpa inti pada intinya.

Nama panggung ini diambil dari nama Eugene Wegener, yang Hal ini diperkirakan terjadi pada tahun 1934 Elektron mengkristal dalam kisi ketika beberapa interaksi di antara mereka cukup kuat. Tim terakhir menggunakan mikroskop terowongan pemindaian resolusi tinggi untuk secara langsung menggambarkan kristal yang diprediksi; Penelitian mereka adalah diterbitkan Minggu ini di alam.

“Kristal Wigner adalah salah satu fase kuantum paling menakjubkan dari materi yang pernah diprediksi, dan ini adalah subjek dari banyak penelitian yang mengklaim telah menemukan, paling tidak, bukti tidak langsung dari pembentukannya,” kata Ali Yazdani, fisikawan di Universitas Princeton. dan seorang peneliti fisika di Universitas Princeton. ». Penulis senior studi di sebuah universitas meluncurkan.

Elektron saling tolak menolak: mereka suka menjauhi satu sama lain. Pada tahun 1970-an, tim dari Bell Laboratories Buat kristal elektron Dengan menaburkan partikel pada helium, mereka mengamati bahwa elektron berperilaku seperti kristal. Namun pengalaman itu tetap tertahan di bidang klasik. Eksperimen terbaru menghasilkan “kristal Wigner sejati,” menurut tim, karena elektron dalam kisi bertindak sebagai gelombang dan bukan sebagai partikel individu yang saling menempel.

Wigner berhipotesis bahwa fase kuantum elektron ini akan terjadi karena adanya tolakan timbal balik antar partikel, bukan karena adanya gaya tolak menolak. Namun hal ini hanya akan terjadi pada suhu yang sangat dingin dan kondisi kepadatan rendah. Dalam percobaan baru, tim menempatkan elektron di antara dua lembar graphene yang telah sepenuhnya dibersihkan dari cacat material. Mereka kemudian mendinginkan sampel dan menerapkan medan magnet tegak lurus pada sampel tersebut. Kuat medan magnet tertinggi sebesar 13,95 Tesla dan suhu terendah sebesar 210 mK. Menempatkan elektron dalam medan magnet semakin membatasi pergerakannya, meningkatkan kemungkinan terjadinya kristalisasi.

“Ada gaya tolak menolak yang melekat di antara elektron-elektron,” Minhao He, seorang peneliti di Universitas Princeton dan salah satu penulis makalah tersebut, mengatakan dalam rilis yang sama. “Mereka ingin mendorong satu sama lain, namun sementara itu, elektron-elektron tersebut tidak dapat terpisah tanpa batas karena kepadatannya yang terbatas. Hasilnya adalah mereka membentuk struktur kisi yang rapi dan teratur, dengan masing-masing elektron yang terlokalisasi menempati sejumlah ruang tertentu.”

Tim terkejut karena kristal Wegener tetap stabil dalam jangka waktu yang lebih lama dari yang diperkirakan. Namun, pada kepadatan yang lebih tinggi, fase kristal berubah menjadi… Cairan elektron. Selanjutnya, para peneliti berharap dapat menggambarkan bagaimana fase kristal Wigner memberi jalan kepada fase elektron lain di bawah medan magnet.

Ini adalah hari-hari yang menyenangkan untuk mempelajari materi eksotik, dari… Pemeriksaan suara kedua untuk suhu ke Kristal waktu yang bertahan lebih lama Lebih dari sebelumnya. Dengan memeriksa materi pada bagian tepinya, fisikawan akan dapat lebih memahami hal-hal yang membentuk alam semesta kita dan hukum-hukum misterius yang mereka patuhi.

lagi: Fisikawan akhirnya mengamati keadaan materi yang aneh yang pertama kali diprediksi pada tahun 1973