Los físicos toman la primera fotografía de un cristal de electrones

Generalmente se ven electrones revoloteando alrededor de sus átomos, pero un equipo de físicos ha obtenido imágenes de las partículas en un estado completamente diferente: juntas en una fase cuántica llamada cristal de Wigner, sin núcleo en su núcleo.

El escenario lleva el nombre de Eugene Wegener, quien Fue predicho en 1934. Los electrones cristalizan en la red cuando algunas interacciones entre ellos son lo suficientemente fuertes. Este último equipo utilizó microscopía de efecto túnel de barrido de alta resolución para obtener imágenes directamente del cristal predicho; Su investigación es publicado Esta semana en la naturaleza.

“El cristal de Wigner es una de las fases cuánticas más fascinantes jamás predichas para la materia, y es objeto de numerosos estudios que afirman haber encontrado, en el mejor de los casos, evidencia indirecta de su formación”, afirma Ali Yazdani, físico de la Universidad de Princeton. e investigador en física de la Universidad de Princeton». Autor principal del estudio en una universidad. lanzamiento.

Los electrones son mutuamente repulsivos: les gusta mantenerse alejados unos de otros. En la década de 1970, un equipo de los Laboratorios Bell Crear un cristal de electrones Al rociar partículas sobre helio, observaron que los electrones se comportaban como un cristal. Pero esa experiencia quedó estancada en el campo clásico. El último experimento produjo un «verdadero cristal de Wigner», según el equipo, porque los electrones en la red actuaron como una onda en lugar de partículas individuales pegadas entre sí.

Wigner planteó la hipótesis de que esta fase cuántica de los electrones se produciría debido a la repulsión mutua entre partículas, no a pesar de ello. Pero esto sólo sucederá a temperaturas muy frías y en condiciones de baja densidad. En el nuevo experimento, el equipo colocó electrones entre dos láminas de grafeno que habían sido completamente limpiadas de defectos materiales. Luego enfriaron las muestras y les aplicaron un campo magnético perpendicular. La intensidad del campo magnético más alta fue de 13,95 Tesla y la temperatura más baja fue de 210 mK. Colocar electrones en un campo magnético restringe aún más su movimiento, aumentando las posibilidades de que cristalicen.

«Existe una repulsión inherente entre los electrones», dijo en el mismo comunicado Minhao He, investigador de la Universidad de Princeton y coprimer autor del artículo. «Quieren separarse entre sí, pero mientras tanto, los electrones no pueden estar infinitamente separados debido a la densidad finita. El resultado es que forman una estructura reticular ordenada y regular, en la que cada electrón localizado ocupa una cierta cantidad de espacio.

El equipo se sorprendió de que el cristal de Wegener permaneciera estable durante un período más largo de lo esperado. Sin embargo, a densidades más altas, la fase cristalina dio paso a… liquido electronico. A continuación, los investigadores esperan obtener imágenes de cómo la fase del cristal de Wigner da paso a otras fases de electrones bajo un campo magnético.

Son días apasionantes para estudiar materiales exóticos, desde… Segunda prueba de sonido para la temperatura. a Cristales de tiempo que duran más Más que nunca. Al examinar la materia en sus bordes, los físicos podrán comprender mejor las cosas que componen nuestro universo y las misteriosas leyes que obedecen.

más: Los físicos finalmente han observado un extraño estado de la materia que se predijo por primera vez en 1973.