科学家们首次在实验室里创造出电子的固态晶体形式

2021-07-05 16:59:47 信息来源:网络
  苏黎世联邦理工学院的研究人员创造了完全由电子构成的晶体。虽然这些结构已经理论化了几十年,但这表明它们第一次在实验室实验。通常,电子行为多少像液体,在物质中自由流动。
  但是,1934年,理论物理学家尤金维格纳预言,一组电子可以在特定条件下结晶成固体形式,形成现在被称为维格纳晶体的相。
  为了实现这一点,有必要在影响电子的两种力之间找到适当的平衡:静电斥力和运动能量。后者是更强大的效果,会导致电子随机弹跳,但维格纳建议,如果这种效果能够充分减弱,反弹力就会被替代,电子锁定在统一的结晶中。
  但事实证明,这比听起来更麻烦。电子密度需要降低到某一点以上,限制在陷阱中,冷却到几乎绝对的零度,减少外部对运动的影响。
  目前,苏黎世联邦理工学院的科学家已经满足了所有这些要求来制造维格纳晶体。为了限制电子,他们使用单原子厚的二硒化钼,有效地将电子运动限制在二维范围内。为了控制这个半导体中的电子数量,团队将这个材料夹在两个石墨烯电极之间,施加电压。最后,整个系统被冷却到接近绝对零度。
  果然,维格纳晶体出现了。但观察完全是另一个挑战。因为电子之间的距离这么小,只有20纳米左右,显微镜看不见。
  以前想要制造维格纳晶体的研究,必须通过间接的方法来检测电流的变化等。但是,在这项新研究中,研究小组使用了新的方法。他们以特定的频率将光照射到这种材料中,激发半导体所谓的激子,这些激子反射光。维格纳晶体存在时,激子反射光线时应静止。
  哈佛大学EugeneDemler领导的理论物理学家们今年去ETH,理论上计算了这个效果是如何在观察到的激子激发频率中显示的——这是我们在实验室观察到的这个研究论文的最高作者AtaImamo?lu说。
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