Физики впервые сделали снимки нового странного квантового состояния материи: что это

Фото: phys.org

Электроны обычно движутся с очень высокой скоростью сквозь несвязанную материю. В 1934 году физик Юджин Вигнер сделал предположение, что свободные электроны могут создавать странную квантовую форму материи при очень низкой плотности и низкой температуре. Таким образом электроны создают кристаллическую решетку, которая позже стала называться Вигнеровским кристаллом. 3 года назад были получены косвенные доказательства существования этой квантовой формы материи, а ранее в этом году физики впервые сделали ее изображения. Теперь же физики получили первые прямые изображения нового состояния этой формы материи, которое называется Вигнеровский молекулярный кристалл. Результаты исследования опубликованы в журнале Science, пишет Phys.

Кристалл – это один из способов расположения атомов в твердой материи. В этом случае атомы образуют связь в виде кристаллической решетки с повторяющимся узором. Вигнер считал, что электроны при низкой плотности и низкой температуре могут также застыть в подобном положении. При этом кристаллы из электронов, как считал физик, должны действовать в соответствии с квантовой механикой, а не классической физикой. Поэтому Вигнеровские кристаллы являются квантовой формой материи.

В течение многих лет физики пытались получить прямые изображения молекулярного Вигнеровского кристалла, но это им не удавалось. Если в Вигнеровских кристаллах электроны расположены в виде сот, то в молекулярных Вигнеровских кристаллах они имею более немного другу структуру из искусственных "молекул", которые состоят из двух и больше электронов.

С помощью сканирующего туннельного микроскопа, который использует квантовое туннелирование для изучения материалов на уровне атомом и субатомных частиц, физики впервые получили прямые изображения нового квантового состояния материи.

Для этого ученые создали наноматериал, получивший название закрученная муаровая сверхрешетка дисульфида вольфрама (tWS2). Наноматериал был создан с помощью нанесения тонкого двойного слоя дисульфида вольфрама на слой гексагонального нитрида бора толщиной 49 нанометров.

Во время исследования физики обнаружили, что попадание электронов на tWS2 приводит к заполнению каждой ячейки материала шириной 10 нанометров всего двумя или тремя электронами. В результате эти ячейки создали массив "молекул", что привело к образованию Вигнеровского молекулярного кристалла.

По словам ученых, взаимодействие между квантовой механикой, а также взаимодействиями между электронами переводит электроны в состояние Вигнеровских молекул.

Теперь физики хотят лучше изучить это новое квантовое состояние материи, чтобы понять, каким образом его можно использовать.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ARDinform