מדענים הצליחו לראשונה בהיסטוריה להשיג קריסטל של ויגנר, המורכב מאלקטרונים בלבד
בפעם הראשונה בהיסטוריה הצליחו מהנדסי ETH ציריך להשיג קריסטל אמיתי, המורכב אך ורק מאלקטרונים. הגבישים שנקראו ויגנר ניבאו תיאורטית לפני 90 שנה, אך רק כעת ניתן היה לצפות בהם ישירות בחומר מוליך למחצה.
כיצד ניתן היה ליצור ולצפות בגביש מאלקטרונים
בתנאים רגילים, התנהגות האלקטרונים דומה להתנהגותו של נוזל הזורם בחופשיות בחומר. אבל כבר בשנת 1934, הפיזיקאי התיאורטי יו. ויגנר ניסח תיאוריה לפיה קבוצת אלקטרונים מסוגלת להתגבש לצורה מוצקה ויוצרת שלב המכונה כיום גביש ויגנר.
לכן, על פי התיאוריה, לשם כך עליכם "לתפוס" את האיזון האידיאלי בין כוחות כגון דחייה אלקטרוסטטית ואנרגיית התנועה.
אז אנרגיית התנועה היא גורם הרבה יותר חזק שגורם לאלקטרונים להקפיץ במגוון כיוונים. אך אם ניתן היה להפחית את הכוח הזה (על פי הנחת ויגנר), הרי שלכוח הדוחה תהיה השפעה חזקה יותר על האלקטרונים ובכך לנעול אותם לסריג הומוגני.
כך שבמשך עשורים רבים ניסו קבוצות מהנדסים שונות לאשר את התיאוריה של ויגנר וליצור קריסטל המורכב מאלקטרונים, אך התברר שמדובר במשימה קשה למדי.
אחרי הכל, בשביל זה אתה צריך להפחית את צפיפות האלקטרונים. בנוסף, יש לתקן אותם ב"מלכודת ", וגם לקרר אותם לטמפרטורה הקרובה לאפס המוחלט על מנת למזער את השפעתם של גורמים חיצוניים עליהם.
כיצד התקבל קריסטל ויגנר
ורק מדענים מ- ETH ציריך הצליחו לעמוד בכל הדרישות לקבלת קריסטל ויגנר. אז כדי להגביל אלקטרונים, נעשה שימוש בדף מונאטומי של מוליבדן דיסליניד, שהגביל למעשה אלקטרונים לשני ממדים.
כדי לשלוט במספר האלקטרונים, מהנדסים מהדקים חומר זה בין שתי אלקטרודות גרפן והפעילו מתח מינימלי. וכך המבנה הזה התקרר לאפס מוחלט כמעט.
אז כתוצאה ממניפולציות כאלה הופיע קריסטל ויגנר. אבל זה התברר כמחצית הקרב בלבד, כיוון שהמרחק בין האלקטרונים היה כל כך קטן (כ -20 ננומטר) עד שאי אפשר היה לראות את הגביש בעזרת מיקרוסקופ.
כדי לדמיין את הגביש, המדענים החליטו ליישם שיטה חדשה. הוחלט לנתב זרם אור על החומר בתדר קבוע על מנת להתחיל את תהליך ההתרגשות של מה שנקרא "הפרשות" במוליך למחצה, הפולטות אור חזור.
אם קיימים גבישי ויגנר, אז הרחבות צריכות להיראות נייחות כשהן מחזירות את האור לאחור.
יתר על כן, השפעה זו אמורה להתבטא בתדרי ההתרגשות הנצפים של הפרשות, וזה בדיוק מה שהמדענים ראו במהלך ניסוים כדי להשיג קריסטל ויגנר.
מדענים שיתפו את תוצאות העבודה שנעשו בדפי כתב העת Nature.
אם אהבתם את החומר, דרגו אותו ואל תשכחו להירשם לערוץ. תודה לך על תשומת הלב!