Wigner Jenő 1934-ben felállított egy elméletet. Azt mondta, ultrahideg hőmérsékleten az elektronok nem nagy sebességgel mozognak, hanem a legalacsonyabb energiaszintet biztosító, elektromosan nem vezető kristályrácsszerkezetbe rendeződnek. Elméletéért 1963-ban Nobel-díjat kapott, az általa leírt rácsot pedig Wigner-kristálynak nevezte el a tudomány.

A tudósoknak 86 évükbe telt, mire először sikerült megfigyelni egy ilyen rácsot, az amerikai Princeton Egyetem kutatóinak pedig sikerült egy újabbat lépniük előre ezen a téren: elkészítették a világ első fotóját egy Wigner-kristályról. Az erről szóló publikáció a Nature-ben jelent meg. Ali Yazdani, a tanulmány vezető szerzője szerint az eredményt egy nagy felbontású pásztázó alagútmikroszkóp segítségével érték el.

Princeton Egyetem

Az elektronok alapvetően taszítják egymást, így nem kerülnek közel egymáshoz. Az 1970-es években a Bell Laboratories kutatói héliumra permeteztek részecskéket, hogy elektronkristályt hozzanak létre, így sikerült megfigyelniük, hogy az elektronok kristályként viselkednek.

A Gizmodo azt írja, a közelmúltban végzett kísérlet a korábbiakkal ellentétben „igazi Wigner-kristályt” hozott létre, mivel a rácsban lévő elektronok hullám, nem pedig részecske tulajdonságokat mutattak.

Wigner elmélete szerint az elektronok kvantumfázisa a részecskék kölcsönös taszítása miatt jön létre, nem pedig annak ellenére. Ez azonban csak nagyon alacsony hőmérsékleten és nagyon alacsony sűrűségű közegben történhet meg.

Az új kísérletben a csapat két grafénlap közé helyezte az elektronokat, majd lehűtötték a mintát, és rá merőleges mágneses teret hoztak létre. A legnagyobb mágneses térerősség 13,95 Tesla, a legalacsonyabb hőmérséklet pedig 210 millikelvin volt. A mágneses térre azért volt szükség, mert az tovább korlátozza a mozgásukat, és nagyobb az esély arra, hogy végül kristállyá alakulnak.

A kutatók szerint az elektronok ugyan el akarják lökni egymást, de a véges sűrűség miatt ezt nem tudják megtenni. Emiatt elkezdenek rácsszerkezetbe rendeződni, és végül kialakul a Wigner-kristály.

A tudósokat meglepte, hogy a vártnál sokkal tovább maradt stabil a szerkezet, utána viszont a kristályos fázis helyét átvette az elektronfolyadék. A kutatók azt remélik, hogy a jövőben megnézhetik, hogyan alakul át egyik fázis a másikba a mágneses térben.

Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, lájkolja a HVG Tech rovatának tudományos felfedezésekről is hírt adó Facebook-oldalát.