물리학자들이 전자 결정의 최초 사진을 찍다

전자는 일반적으로 원자 주위를 펄럭이는 것으로 보이지만 물리학자 팀은 이제 완전히 다른 상태의 입자를 이미지화했습니다. 즉, 핵심에 핵이 없는 위그너 결정(Wigner crystal)이라고 불리는 양자 상에 함께 놓여 있는 것입니다.

무대 이름은 유진 베게너(Eugene Wegener)의 이름을 따서 명명되었습니다. 1934년에 예측된 일이다. 전자 사이의 상호 작용이 충분히 강할 때 전자는 격자에서 결정화됩니다. 후자 팀은 예측된 결정을 직접 이미지화하기 위해 고해상도 주사 터널링 현미경을 사용했습니다. 그들의 연구는 출판됨 이번주는 자연 속에서.

“위그너 결정은 지금까지 물질에 대해 예측된 가장 매혹적인 양자 위상 중 하나이며 기껏해야 그 형성에 대한 간접적인 증거를 발견했다고 주장하는 수많은 연구의 주제입니다.”라고 프린스턴 대학의 물리학자인 알리 야즈다니(Ali Yazdani)는 말합니다. 프린스턴 대학의 물리학 연구원입니다.” 대학 연구의 수석 저자 시작하다.

전자는 상호 반발적입니다. 그들은 서로 멀리 떨어져 있기를 좋아합니다. 1970년대 벨 연구소(Bell Laboratories) 팀이 전자 결정 생성 헬륨에 입자를 뿌려 전자가 결정처럼 거동하는 것을 관찰했습니다. 그러나 그 경험은 여전히 ​​고전 분야에 갇혀 있었습니다. 연구팀에 따르면 최신 실험에서는 격자의 전자가 개별 입자가 서로 붙어 있는 것이 아니라 파동으로 작용했기 때문에 “진정한 위그너 결정”이 생성되었다고 합니다.

위그너는 이러한 전자의 양자 위상이 입자 사이의 상호 반발에도 불구하고 발생하는 것이 아니라 상호 반발 때문에 발생할 것이라는 가설을 세웠습니다. 그러나 이는 매우 추운 온도와 저밀도 조건에서만 발생합니다. 새로운 실험에서 연구팀은 재료 결함이 완전히 제거된 두 개의 그래핀 시트 사이에 전자를 배치했습니다. 그런 다음 그들은 샘플을 냉각하고 수직 자기장을 샘플에 적용했습니다. 가장 높은 자기장 세기는 13.95테슬라였으며, 가장 낮은 온도는 210mK였습니다. 전자를 자기장에 놓으면 움직임이 더욱 제한되어 결정화 가능성이 높아집니다.

논문의 공동 제1저자이자 프린스턴 대학교 연구원인 민하오 허(Minhao He)는 “전자들 사이에는 고유한 반발력이 있습니다.”라고 말했습니다. “그들은 서로 밀어내고 싶어하지만 그 사이에 전자들은 유한한 밀도로 인해 무한히 떨어져 있을 수 없습니다. 결과적으로 그들은 깔끔하고 규칙적인 격자 구조를 형성하고 각 국지화된 전자는 일정량의 공간을 차지하게 됩니다.”

연구팀은 베게너 결정이 예상보다 오랜 기간 동안 안정적으로 유지된 것에 놀랐습니다. 그러나 밀도가 높아지면 결정상이 … 전자액체. 다음으로, 연구자들은 Wigner 결정상이 자기장 하에서 전자의 다른 상으로 어떻게 바뀌는지 이미지화하기를 희망합니다.

요즘은 이국적인 재료를 연구하기에 신나는 날입니다… 온도에 대한 두 번째 소리 확인 에게 더 오래 지속되는 타임 크리스탈 그 어느 때보 다. 물리학자들은 가장자리에 있는 물질을 조사함으로써 우주를 구성하는 것들과 그들이 따르는 신비한 법칙을 더 잘 이해할 수 있을 것입니다.

더: 물리학자들은 1973년에 처음 예측되었던 이상한 물질 상태를 마침내 관찰했습니다.