اولین تولید بلور جامد از الکترون ها

به گزارش عاشق وب دانشمندان سوئیسی در آزمایشگاه خود موفق به ایجاد شکلی از بلور یا کریستال جامد از الکترون ها برای نخستین بار در دنیا شدند.
به گزارش عاشق وب به نقل از ایسنا و به نقل از نیو اطلس، محققان موسسه فناوری فدرال زوریخ(ETH) بلوری ساخته اند که کاملاً از الکترون ساخته شده است. این ساختارها برای چندین دهه نظریه شده بودند، اما این اولین باری است که آنها به شکل یک آزمایش در یک آزمایشگاه تأیید می شوند.
در حالت عادی، الکترون ها کم و بیش مانند مایع رفتار می کنند و آزادانه از درون ماده عبور می کنند. اما در سال ۱۹۳۴، “یوجین ویگنر” فیزیکدان نظری پیش بینی نمود که گروهی از الکترون ها در شرایط خاص می توانند به شکل جامد متبلور شوند و فاز یا حالتی را تشکیل دهند که حالا بعنوان “کریستال ویگنر” شناخته می شود.
برای انجام این کار دقیقاً باید تعادل مناسبی بین دو نیروی موثر بر الکترون، یعنی دافعه الکترواستاتیک و انرژی حرکتی آنها برقرار شود. نیروی دوم قدرتمندتر است و سبب می شود الکترون ها به شکل تصادفی به اطراف بچرخند، اما “ویگنر” می گوید اگر میزان آن به اندازه کافی کاهش پیدا کند، نیروی دافعه می تواند قدرت را بدست بگیرد و الکترون ها را در یک شبکه یکنواخت قفل کند.
اما این مساله پیچیده تر از آن است که به نظر می آید. چگالی الکترون ها باید تا یک نقطه خاص کاهش پیدا کند و باید در یک دام محصور شوند و تقریباً تا دمای صفر مطلق خنک شوند تا تاثیر خارجی بر حرکت آنها کاهش پیدا کند.
حالا دانشمندان سوئیسی تمام موارد مورد نیاز برای ایجاد یک “بلور ویگنر”را برآورده کرده اند. آنها برای محدود کردن الکترون ها از یک ورق “مولیبدن دیزلنید”(molybdenum diselenide) به ضخامت یک اتم استفاده کردند و به صورت موثر حرکات آنها را به دو بعد محدود کردند. سپس برای کنترل تعداد الکترون های این نیمه هادی، این ماده را بین دو الکترود گرافن قرار داده و ولتاژ دقیقی را اعمال کردند. سرانجام کل این سیستم تا نزدیک به صفر مطلق خنک شد.
در نهایت یک “بلور ویگنر” ظهور کرد. اما مشاهده آن یک چالش دیگر بود. مساله این است که فاصله بین الکترون ها خیلی کم و حدود ۲۰ نانومتر است، به صورتی که حتی میکروسکوپ ها هم نمی توانند آنرا ببینند. مطالعات قبلی برای ایجاد بلورهای ویگنر مجبور بودند برای تشخیص آنها به روش های غیرمستقیم مانند تغییرات جریان متکی باشند.
این تیم تحقیقاتی برای این مطالعه جدید از متد جدیدی استفاده نمود. آنها با فرکانس خاصی نور را به مواد می تابانند تا آنچه را که در نیمه هادی یا نیمه رسانا “اکسیتون” نامیده می شود، تحریک کنند تا نور را منعکس کند.
“آتاک امام اوغلو” نویسنده اصلی این تحقیق می گوید: یک گروه از فیزیکدانان نظری به رهبری “یوجین دملر” از دانشگاه “هاروارد” که سال جاری به ETH نقل مکان می کند، از نظر نظریه محاسبه کرده اند که چگونه این اثر باید در فرکانس های تحریکی مشاهده شده اکسیتون ها نشان داده شود و این دقیقاً همان چیزی است که ما در آزمایشگاه مشاهده کردیم.
این تحقیق در مجله Nature انتشار یافته است.