У 1934 році фізик юджин вігнер передбачив, що при температурі, близькій до абсолютного нуля, і при малій щільності частинок електрони можуть припинити безперервний рух всередині матерії і утворити кристалічну решітку.
Перша подібна структура була створена ще в 1979 році, а під час недавнього експерименту дослідники змогли спостерігати світіння нерухомих екситонів, яке свідчить про наявність решітки електронного льоду. Однак було неможливо побачити безпосередньо самі кристали, так як вони руйнувалися при будь-якому зовнішньому впливі. Але тепер вченим з каліфорнійського університету в берклі вдалося створити неінвазивний метод спостереження, при якому решітка електронів не зачіпається і не розпадається.
зображення листа графена, отримане за допомогою скануючого тунельного мікроскопа. Можна побачити, що всередині шарів напівпровідників сформувався кристал вігнера-решітка електронів, що нагадує кристали льоду. Зображення: hongyuan li and shaowei li / nature
Дослідники створили кристали вігнера, помістивши одноатомний шар дисульфіду вольфраму поверх шару диселеніду вольфраму також товщиною в один атом. До вийшла гетероструктури застосували струм, щоб зменшити щільність електронів, після чого охолодили конструкцію до температури близько 5 кельвінів, близької до абсолютного нуля (– 268,15 ℃).
Перша спроба дослідити електронну решітку за допомогою скануючого тунельного мікроскопа призвела до руйнування кристала. Тоді поверх» сендвіча » з напівпровідників вчені помістили графенову пластину товщиною в один атом. Вона захистила структуру від зовнішнього впливу, а також виступила в ролі листа фотопаперу, на якому відбилася кристалічна решітка.
дослідники використовували наконечник скануючого тунельного мікроскопа (зверху), щоб отримати зображення листа графена (рожевий), на якому відобразилося положення електронів (червоний) в кристалі вігнера, що утворився між двома листами напівпровідникового матеріалу (синій і зелений). Зображення: uc berkeley
Після цього дослідники знову застосували скануючий тунельний мікроскоп і змогли створити зображення електронного льоду. Причому з’ясувалося, що електрони осіли в кристалічній решітці на відстані майже в 100 разів більшій, ніж звичайна дистанція між ними в цих напівпровідниках.
При цьому проміжки між частинками в одному з шарів виявилися трохи менше, і така розбіжність електронних структур в двох шарах призвело до появи на фото складного «муарового» візерунка.
Дослідники також спробували додати і видалити електрони з гетероструктури перед накладенням захисного бар’єру з графена і виявили, що при цьому частинки утворюють кристали різної форми, в тому числі трикутні і шестикутні.
Це відкриття закладає основи для розуміння природи електронних кристалів вігнера і допоможе створити нові методи отримання зображень інших тендітних структур.
