Des physiciens prennent la toute première photo d'un cristal électronique

On voit généralement des électrons voler autour de leurs atomes, mais une équipe de physiciens a maintenant photographié les particules dans un état complètement différent : couchées ensemble dans une phase quantique appelée cristal de Wigner, sans noyau en son cœur.

La scène porte le nom d'Eugene Wegener, qui C'était prédit en 1934 Les électrons cristallisent dans le réseau lorsque certaines interactions entre eux sont suffisamment fortes. Cette dernière équipe a utilisé la microscopie tunnel à balayage haute résolution pour imager directement le cristal prédit ; Leurs recherches sont publié Cette semaine dans la nature.

« Le cristal de Wigner est l'une des phases quantiques les plus fascinantes jamais prédites pour la matière, et il fait l'objet de nombreuses études qui prétendent avoir trouvé, au mieux, des preuves indirectes de sa formation », explique Ali Yazdani, physicien à l'Université de Princeton. et chercheur en physique à l'Université de Princeton. ». Auteur principal de l’étude dans une université lancement.

Les électrons se repoussent mutuellement : ils aiment rester éloignés les uns des autres. Dans les années 1970, une équipe des Laboratoires Bell Créer un cristal électronique En saupoudrant des particules sur de l'hélium, ils ont observé que les électrons se comportaient comme un cristal. Mais cette expérience reste cantonnée au domaine classique. La dernière expérience a produit un « véritable cristal de Wigner », selon l’équipe, car les électrons du réseau agissaient comme une onde plutôt que comme des particules individuelles collées ensemble.

Réseau cristallin de Wegener.

Wigner a émis l'hypothèse que cette phase quantique des électrons se produirait en raison de la répulsion mutuelle entre les particules, et non malgré elle. Mais cela ne se produira qu’à des températures très froides et dans des conditions de faible densité. Dans la nouvelle expérience, l’équipe a placé des électrons entre deux feuilles de graphène complètement débarrassées des défauts matériels. Ils ont ensuite refroidi les échantillons et leur ont appliqué un champ magnétique perpendiculaire. L'intensité du champ magnétique la plus élevée était de 13,95 Tesla et la température la plus basse était de 210 mK. Placer les électrons dans un champ magnétique restreint davantage leur mouvement, augmentant ainsi leurs chances de cristallisation.

« Il existe une répulsion inhérente entre les électrons », a déclaré Minhao He, chercheur à l'Université de Princeton et co-premier auteur de l'article, dans le même communiqué. « Ils veulent s'éloigner les uns des autres, mais en attendant, les électrons ne peuvent pas être infiniment séparés en raison de la densité finie. Le résultat est qu'ils forment une structure de réseau nette et régulière, chaque électron localisé occupant une certaine quantité d'espace. « 

L’équipe a été surprise de constater que le cristal de Wegener est resté stable sur une période plus longue que prévu. Cependant, à des densités plus élevées, la phase cristalline a cédé la place à… Liquide électronique. Ensuite, les chercheurs espèrent imaginer comment la phase cristalline de Wigner cède la place à d’autres phases d’électrons sous un champ magnétique.

Ce sont des journées passionnantes pour étudier les matériaux exotiques, de… Deuxième contrôle sonore pour la température à Des cristaux de temps qui durent plus longtemps Plus que jamais. En examinant la matière à ses limites, les physiciens pourront mieux comprendre les éléments qui composent notre univers et les lois mystérieuses auxquelles ils obéissent.

plus: Les physiciens ont enfin observé un état étrange de la matière qui avait été prédit pour la première fois en 1973.

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