Físicos tiram a primeira foto de um cristal de elétrons

Os eletrões são normalmente vistos a voar em torno dos seus átomos, mas uma equipa de físicos conseguiu agora imagens das partículas num estado completamente diferente: juntas numa fase quântica chamada cristal de Wigner, sem núcleo no seu núcleo.

O palco leva o nome de Eugene Wegener, que Foi previsto em 1934 Os elétrons cristalizam na rede quando algumas interações entre eles são fortes o suficiente. A última equipe usou microscopia de varredura por tunelamento de alta resolução para obter imagens diretas do cristal previsto; A pesquisa deles é Publicados Esta semana na natureza.

“O cristal Wigner é uma das fases quânticas da matéria mais surpreendentes já previstas e é objeto de numerosos estudos que afirmam ter encontrado, na melhor das hipóteses, evidências indiretas de sua formação”, disse Ali Yazdani, físico da Universidade de Princeton. e pesquisador em física na Universidade de Princeton. ». Autor sênior do estudo em uma universidade lançar.

Os elétrons são mutuamente repulsivos: gostam de ficar longe uns dos outros. Na década de 1970, uma equipe dos Laboratórios Bell Crie um cristal de elétrons Ao espalhar partículas sobre hélio, eles observaram que os elétrons se comportavam como um cristal. Mas essa experiência permaneceu estagnada no campo clássico. A última experiência produziu um “verdadeiro cristal Wigner”, segundo a equipa, porque os electrões na rede agiam como uma onda e não como partículas individuais coladas umas às outras.

Wigner levantou a hipótese de que esta fase quântica dos elétrons ocorreria por causa da repulsão mútua entre as partículas, e não apesar disso. Mas isso só acontecerá em temperaturas muito baixas e em condições de baixa densidade. No novo experimento, a equipe colocou elétrons entre duas folhas de grafeno que haviam sido completamente limpas de defeitos materiais. Eles então resfriaram as amostras e aplicaram um campo magnético perpendicular a elas. A maior intensidade do campo magnético foi de 13,95 Tesla e a temperatura mais baixa foi de 210 mK. Colocar elétrons em um campo magnético restringe ainda mais seu movimento, aumentando as chances de cristalização.

“Há uma repulsão inerente entre os elétrons”, disse Minhao He, pesquisador da Universidade de Princeton e coautor do artigo, no mesmo comunicado. “Eles querem se separar, mas enquanto isso, os elétrons não podem estar infinitamente separados devido à densidade finita. O resultado é que eles formam uma estrutura de rede regular e organizada, com cada elétron localizado ocupando uma certa quantidade de espaço.

A equipe ficou surpresa ao ver que o cristal Wegener permaneceu estável por um período mais longo do que o esperado. Porém, em densidades mais altas, a fase cristalina deu lugar a… Líquido eletrônico. Em seguida, os pesquisadores esperam imaginar como a fase do cristal de Wigner dá lugar a outras fases de elétrons sob um campo magnético.

Estes são dias emocionantes para estudar materiais exóticos, desde… Segunda verificação de som para temperatura para Cristais do tempo que duram mais Mais do que nunca. Ao examinar a matéria nas suas bordas, os físicos serão capazes de compreender melhor as coisas que constituem o nosso universo e as leis misteriosas a que obedecem.

mais: Os físicos finalmente observaram um estranho estado da matéria que foi previsto pela primeira vez em 1973