I fisici hanno catturato la prima immagine in assoluto di un cristallo Wigner, una strana sostanza a forma di nido d’ape all’interno di un’altra, fatta interamente di elettroni.
Il fisico ungherese Eugene Wegener ha teorizzato per la prima volta questo cristallo nel 1934, ma ci sono voluti più di otto decenni perché gli scienziati avessero finalmente uno sguardo di prima mano sul “ghiaccio elettronico”.
La prima immagine interessante mostra gli elettroni tenuti insieme in uno schema stretto e ripetuto, come le ali di una minuscola farfalla blu o la pressione di un trifoglio spaziale.
I ricercatori dietro lo studio, pubblicato il 29 settembre in rivista temperamento natura, dicono che mentre questa non è la prima volta che un cristallo Wigner è stato ragionevolmente creato o le sue proprietà sono state addirittura studiate, le prove visive che hanno raccolto sono la prova più definitiva dell’esistenza della sostanza fino ad oggi.
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“Se dici di avere un cristallo di elettroni, mostrami il cristallo”, ha detto il coautore dello studio Feng Wang, fisico dell’Università della California, Raccontare Notizie sulla natura.
All’interno di conduttori ordinari come d’argento o rame, o semiconduttori come silicio, gli elettroni viaggiano così velocemente che sono a malapena in grado di interagire tra loro. Ma a temperature molto basse, rallenta fino a diventare un creep e la repulsione tra gli elettroni caricati negativamente inizia a dominare.
Le particelle ad alta mobilità che una volta erano disattivate, si dispongono in uno schema ripetuto a nido d’ape per ridurre il consumo energetico complessivo.
Per vederlo in azione, i ricercatori hanno confinato gli elettroni nello spazio tra due strati dello spessore di un atomo tungsteno Semiconduttore: un disolfuro di tungsteno e l’altro disolfuro di tungsteno.
Quindi, dopo aver applicato un campo elettrico attraverso lo spazio per rimuovere eventuali elettroni in eccesso potenzialmente fastidiosi, i ricercatori hanno raffreddato il loro sandwich di elettroni a 5 gradi sopra zero Assoluto.
Abbastanza sicuro, gli elettroni che si muovevano velocemente si fermarono e si stabilirono nella struttura ripetitiva del cristallo di Wigner.
Quindi i ricercatori hanno utilizzato un dispositivo chiamato microscopio a scansione a effetto tunnel (STM) per visualizzare questo nuovo cristallo. Gli STM funzionano applicando una piccola tensione su una punta di metallo molto affilata appena prima di farla scorrere sul materiale, facendo sì che gli elettroni saltino sulla superficie del materiale dalla sua punta.
La velocità con cui gli elettroni saltano dal bordo dipende da cosa c’è sotto, quindi i ricercatori possono costruire un’immagine simile al Braille di una superficie bidimensionale misurando la corrente che scorre nella superficie in ogni punto.
Ma la corrente fornita dall’STM era inizialmente eccessiva per il sensibile ghiaccio elettronico, che si “scioglieva” al contatto. Per fermare questo, i ricercatori hanno introdotto un singolo strato di atomo di grafene Appena sopra il cristallo Wigner, consentendo al cristallo di interagire con il grafene e lasciare un’impressione che l’STM possa leggere in sicurezza, proprio come una fotocopiatrice.
Tracciando completamente l’immagine stampata sul foglio di grafene, STM ha catturato il primo scatto del cristallo Wigner, dimostrando la sua esistenza oltre ogni ragionevole dubbio.
Ora che hanno la prova definitiva dell’esistenza dei cristalli Wigner, gli scienziati possono usare i cristalli per rispondere a domande più profonde su come più elettroni interagiscono tra loro, ad esempio perché i cristalli si dispongono in una disposizione a nido d’ape e come si “dissolvono”.
Le risposte forniranno uno sguardo raro su alcune delle proprietà più sfuggenti delle microparticelle.
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