Получены первые изображения электронных кристаллов, предсказанных 90 лет назад
Команда исследователей впервые получила изображение новой квантовой фазы электронов — структуры, называемой молекулярным кристаллом Вигнера. Вместо одиночных электронов в каждом узле решетки располагаются группы электронов.
Электроны обычно текут через материалы более или менее свободно, действуя подобно неупорядоченной жидкости. Но если их движение замедлить, на первый план должно выйти другое свойство — электростатическое отталкивание.
Поскольку все электроны имеют одинаковый заряд, они, естественно, отталкиваются друг от друга, поэтому, когда они прекращают движение, они отталкиваются друг от друга на определенное расстояние и фиксируются там. В результате возникает кристаллическая фаза Вигнера. Работа опубликована в журнале Science.
Чтобы создать молекулярные кристаллы Вигнера, исследователям понадобился каркас, который удерживал бы электроны, чтобы они образовывали кристаллы. Ученые начали со слоя гексагонального нитрида бора толщиной 49 нанометров, затем наложили два слоя дисульфида вольфрама толщиной в один атом каждый. Один слой повернут на угол 58 градусов по отношению ко второму. Полученную «муаровую сверхрешетку tWS2» легируют электронами, и в каждой элементарной ячейке решетки оказывается по два-три электрона.
Как работает сканирующий туннельный микроскоп
Эти небольшие группы, по сути, являются электронными молекулами, которые вместе образуют неуловимый молекулярный кристалл Вигнера. На самом деле увидеть кристалл оказалось еще одной проблемой. Для получения изображений такого масштаба обычно используется сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), но электрическое поле, создаваемое наконечником, нарушает хрупкую конфигурацию электронов в кристалле. Команда нашла способ минимизировать это электрическое поле, что позволило им сделать первые снимки этого явления.
Исследователи планируют продолжить изучение молекулярных кристаллов Вигнера в дальнейших экспериментах, чтобы понять, какое применение они могут найти.