Электроны поймали в ловушку и сделали из них кристалл

Исследователи смогли впервые получить вигнеровский кристалл, который долгое время существовал лишь в виде теории. Для этого пришлось создать сложную ловушку для электронов и новый метод анализа.

Вырастить кристаллы, состоящие из атомов и молекул, чаще всего можно довольно просто. Но как насчет кристалла из электронов? Эти структуры предсказали 86 лет назад, но только теперь ученые вплотную приблизились к их созданию

Впервые кристалл из электронов был предсказан в 1934 году физиком-теоретиком Юджином Вигнером. Он предположил, что такая структура может возникнуть, если энергия отталкивания, возникающая в результате взаимодействия отрицательно заряженных электронов превосходит кинетическую энергию этих частиц. Ученые испробовали различные методы уменьшения кинетической энергии, такие как помещение электронов под чрезвычайно большое магнитное поле, но ничего не помогало.

Физики из Корнеллского университета предложили новый метод, с помощью которого можно получить такой кристалл. Ученые соединили два двумерных материала — дисульфид и диселенид вольфрама (WS₂ и WSe₂). Таким образом авторы создали ловушку для электронов. Для этого исследователям пришлось тщательно выверять постоянные решеток двух материалов так, чтобы при их совмещении создавались необходимые для поимки электронов условия.

Но «поймать» электроны в ловушку — это полдела. Физикам также необходимо было получить информацию о состоянии этих частиц так, чтобы своим вмешательством не нарушить тонкий баланс внутри системы. Чтобы сделать это, ученые поместили на расстоянии всего в два нанометра от ловушки оптический датчик, которы позволил измерять важные свойства полученной системы.

Авторам удалось наблюдать формирование внутри ловушки нескольких вигнеровских кристаллов с различной симметрией. Теперь ученые хотят сделать систему стабильнее, чтобы наблюдать более сложные формы симметрии электронных кристаллов.