نخستین تولید بلور جامد از الکترونها
ايسنا/دانشمندان سوئيسي در آزمايشگاه خود موفق به ايجاد شکلي از بلور يا کريستال جامد از الکترونها براي اولين بار در دنيا شدند.
به نقل از نيو اطلس، محققان موسسه فناوري فدرال زوريخ(ETH) بلوري ساختهاند که کاملاً از الکترون ساخته شده است. اين ساختارها براي چندين دهه تئوري شده بودند، اما اين اولين باري است که آنها به شکل يک آزمايش در يک آزمايشگاه تأييد ميشوند.
در حالت عادي، الکترونها کم و بيش مانند مايع رفتار ميکنند و آزادانه از درون ماده عبور ميکنند. اما در سال ۱۹۳۴، "يوجين ويگنر" فيزيکدان نظري پيشبيني کرد که گروهي از الکترونها در شرايط خاص ميتوانند به شکل جامد متبلور شوند و فاز يا حالتي را تشکيل دهند که اکنون به عنوان "کريستال ويگنر" شناخته ميشود.
براي انجام اين کار دقيقاً بايد تعادل مناسبي بين دو نيروي موثر بر الکترون، يعني دافعه الکترواستاتيک و انرژي حرکتي آنها برقرار شود. نيروي دوم قدرتمندتر است و باعث ميشود الکترونها به شکل تصادفي به اطراف بچرخند، اما "ويگنر" ميگويد اگر ميزان آن به اندازه کافي کاهش يابد، نيروي دافعه ميتواند قدرت را بدست بگيرد و الکترونها را در يک شبکه يکنواخت قفل کند.
اما اين مسئله پيچيدهتر از آن است که به نظر ميرسد. چگالي الکترونها بايد تا يک نقطه خاص کاهش يابد و بايد در يک دام محصور شوند و تقريباً تا دماي صفر مطلق خنک شوند تا تأثير خارجي بر حرکت آنها کاهش يابد.
اکنون دانشمندان سوئيسي تمام موارد مورد نياز براي ايجاد يک "بلور ويگنر"را برآورده کردهاند. آنها براي محدود کردن الکترونها از يک ورق "موليبدن ديزلنيد"(molybdenum diselenide) به ضخامت يک اتم استفاده کردند و به طور موثر حرکات آنها را به دو بعد محدود کردند. سپس براي کنترل تعداد الکترونهاي اين نيمههادي، اين ماده را بين دو الکترود گرافن قرار داده و ولتاژ دقيقي را اعمال کردند. سرانجام کل اين سيستم تا نزديک به صفر مطلق خنک شد.
در نهايت يک "بلور ويگنر" ظهور کرد. اما مشاهده آن يک چالش ديگر بود. مسئله اين است که فاصله بين الکترونها بسيار کم و حدود ۲۰ نانومتر است، به طوري که حتي ميکروسکوپها هم نميتوانند آن را ببينند. مطالعات قبلي براي ايجاد بلورهاي ويگنر مجبور بودند براي تشخيص آنها به روشهاي غيرمستقيم مانند تغييرات جريان متکي باشند.
اين تيم تحقيقاتي براي اين مطالعه جديد از روش جديدي استفاده کرد. آنها با فرکانس خاصي نور را به مواد ميتابانند تا آنچه را که در نيمه هادي يا نيمه رسانا "اکسيتون" ناميده ميشود، تحريک کنند تا نور را منعکس کند.
"آتاک امام اوغلو" نويسنده اصلي اين تحقيق ميگويد: يک گروه از فيزيکدانان نظري به رهبري "يوجين دملر" از دانشگاه "هاروارد" که امسال به ETH نقل مکان ميکند، از نظر تئوري محاسبه کردهاند که چگونه اين اثر بايد در فرکانسهاي تحريکي مشاهده شده اکسيتونها نشان داده شود و اين دقيقاً همان چيزي است که ما در آزمايشگاه مشاهده کرديم.
اين تحقيق در مجله Nature منتشر شده است.