Os cientistas, pela primeira vez na história, conseguiram obter um cristal de Wigner, consistindo apenas de elétrons
Pela primeira vez na história, os engenheiros da ETH Zurich conseguiram obter um cristal real, que consiste exclusivamente de elétrons. Os chamados cristais de Wigner foram previstos teoricamente há 90 anos, mas só agora eles puderam ser observados vivos diretamente em um material semicondutor.
Como foi possível criar e observar um cristal a partir de elétrons
Em condições normais, o comportamento dos elétrons se assemelha ao comportamento de um líquido que flui livremente através de um material. Mas já em 1934, o físico teórico Yu. Wigner formulou uma teoria segundo a qual um grupo de elétrons é perfeitamente capaz de se cristalizar em uma forma sólida, formando uma fase que agora é chamada de cristal de Wigner.
Então, de acordo com a teoria, para isso você precisa "pegar" o equilíbrio ideal entre forças como a repulsão eletrostática e a energia do movimento.
Portanto, a energia do movimento é um fator significativamente mais poderoso que faz os elétrons saltarem em várias direções. Mas se essa força pudesse ser reduzida (de acordo com a suposição de Wigner), então a força repulsiva teria um efeito mais forte sobre os elétrons e, assim, os bloquearia em uma rede homogênea.
Assim, ao longo de muitas décadas, vários grupos de engenheiros tentaram confirmar a teoria de Wigner e criar um cristal consistindo de elétrons, mas isso acabou sendo uma tarefa bastante difícil.
Afinal, para isso você precisa reduzir a densidade dos elétrons. Além disso, devem ser fixados em uma "armadilha", e também resfriados a uma temperatura próxima ao zero absoluto, a fim de minimizar a influência de fatores externos sobre eles.
Como o cristal de Wigner foi obtido
E apenas os cientistas da ETH Zurich conseguiram atender a todos os requisitos para a obtenção de um cristal Wigner. Assim, para limitar os elétrons, foi usada uma folha monoatômica de disseleneto de molibdênio, que efetivamente limitava os elétrons a duas dimensões.
Para controlar o número de elétrons, os engenheiros prenderam esse material entre dois eletrodos de grafeno e aplicaram uma tensão mínima. E assim essa estrutura foi resfriada a quase zero absoluto.
Então, como resultado de tais manipulações, o cristal de Wigner apareceu. Mas isso acabou sendo apenas metade da batalha, porque a distância entre os elétrons acabou sendo tão pequena (cerca de 20 nanômetros) que era impossível ver o cristal com um microscópio.
Para visualizar o cristal, os cientistas decidiram aplicar um novo método. Decidiu-se direcionar um fluxo de luz sobre o material com uma frequência fixa, a fim de iniciar o processo de excitação das chamadas "excions" no semicondutor, que emitem luz voltar.
Se houver cristais de Wigner, as saídas devem parecer estáticas quando refletem a luz de volta.
Além disso, esse efeito deve se manifestar nas frequências de excitação observadas de excions, e isso é exatamente o que os cientistas observaram durante seu experimento para obter um cristal de Wigner.
Os cientistas compartilharam os resultados do trabalho realizado nas páginas da revista Nature.
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