Yeni kuantum fazı: Elektronların moleküler kristal yapısı ilk kez görüntülendi

0

BEĞENDİM

ABONE OL

News

0

Elektronlar genellikle madde içinde serbestçe hareket eden hızlı parçacıklardır. Ancak 1930’larda fizikçi Eugene Wigner, düşük yoğunluk ve soğuk sıcaklıklarda elektronların hareketsiz hale getirilebileceğini ve daha sonra Wigner kristali olarak adlandırılacak bir elektron buzu oluşturabileceğini öngörmüştü. Şimdi ise bu yapılar tarihte ilk defa görüntülendi.

Eugene Wigner’ın öngörüsünden neredeyse 90 yıl sonra, 2021’de, Berkeley Laboratuvarı Malzeme Bilimleri Bölümü ve UC Berkeley’den Feng Wang ve Michael Crommie liderliğindeki bir ekip, Wigner kristalleri olarak bilinen yapının varlığını kanıtlamayı başarmıştı. Şimdi ise Wang ve Crommie’nin öncülüğündeki bilim insanları, elektronların yeni bir kuantum fazını – Wigner moleküler kristalini – doğrudan görüntülemeyi başardılar.

Wigner moleküler kristali ilk kez görüntülendi

Wigner kristalleri ya da diğer adıyla elektron buzları, elektronların bal peteği şeklinde dizildiği bir yapıya sahip. Ancak Wigner moleküler kristali, iki ya da daha fazla elektronun oluşturduğu yapay “moleküllerin” yüksek düzende sıralandığı daha karmaşık bir düzenle tanımlanıyor. Feng Wang, bu yeni kuantum fazı doğrudan gözlemlemenin beklenmedik ve heyecan verici bir gelişme olduğunu belirtti.

Yıllardır bilim insanları, Wigner moleküler kristallerinin doğrudan görüntüsünü elde etmeye çalışsa da bu çabalar taramalı tünelleme mikroskobunun (STM) elektronik yapı üzerinde bozucu etkisi nedeniyle başarılı olamamıştı. Ancak, Berkeley Laboratuvarı’ndaki araştırmacılar bu zorluğun üstesinden gelerek STM ucunun elektrik alanını minimuma indirip Wigner moleküler kristalinin hassas elektronik yapısını görüntüleyebildiler.

Deneyler sırasında araştırma ekibi, atomik seviyede ince bir tungsten disülfür (WS2) tabakasını 49 nanometrelik altıgen boron nitrür (hBN) ve grafit bir kapı katmanının üzerine yerleştirerek “bükülmüş tungsten disülfür moiré süper kafesi” adı verilen bir nanomalzeme oluşturdu. Bu tabakalar arasında 58 derecelik bir açı ile yerleştirilen WS2, düşük sıcaklıklarda elektronları yerel olarak sınırlandıran bir enerji potansiyeli yaratarak elektronların Wigner molekül durumuna geçmesini sağladı.

Araştırmacılar gelecekteki deneylerde bu yeni STM tekniğini kullanarak Wigner moleküler kristallerinin kuantum fazını daha ayrıntılı incelemeyi ve potansiyel uygulamaları keşfetmeyi hedeflediklerini söyledi. Bu çalışmaların gelecekteki kuantum hesaplama uygulamalarını hızlandırması mümkün olabilir.