Wigneri kristall: kummaline materjal, mis koosneb ainult elektronidest
(8)
Wigneri kristall on nime saanud Ungaris sündinud teoreetilise füüsiku Eugene Wigneri järgi, kes 90 aastat tagasi püstitas hüpoteesi selle materjali olemasolust.
Kui tingimused on täpselt õiged, paigutab osa elektrone materjali sees end laitmatusse kärgmustrisse — nagu tahkis tahkises.
Taoliste kristallide tekitamiseks konstrueeris teadlaste rahvusvaheline töörühm seadme, mis sisaldab kahe sarnase pooljuhi — volframdisulfiidi ja volframdiseleniidi — ühe aatomi paksuseid kihte. Kihtide vahelisel piiripinnal vabalt liikuvate elektronide tiheduse soveldamiseks kasutasid nad elektrivälja, kirjutab Nature.
Tavapärastes materjalides kihutavad elektronid ringi liiga kiiresti selleks, et nende negatiivsete laengute vaheline tõukejõud neile märkimisväärset mõju avaldada saaks.
Wigner aga prognoosis, et kui elektronid liiguksid piisavalt aeglaselt, hakkaks see tõukejõud nende käitumist jõuliselt mõjutama. Seejärel paigutuksid elektronid selliselt, et nende koguenergia on võimalikult väike — näiteks kärgmustrisse. Uurijate töörühm aeglustaski seadmes liikuvaid elektrone, jahutades need absoluutsest nullist vaid paari kraadi võrra kõrgemale temperatuurile.
Kummaski pooljuhi-kihis paiknevad aatomid üksteisest veidi erinevatel kaugustel, mistõttu nende kokkuühendamisel tekib kärgmuster. Too korduv muster tekitas veidi nõrgema energiatasemega piirkondi, mis aitas elektronidel paigale jääda.
Ühegi tavalise kaameraga ei oleks olnud võimalik sel moel loodud kristallist ülesvõtet teha, mistõttu kasutasid nad selle asemel skannivat tunnelmikroskoopi (ingl STM; scanning tunneling microscope) — seadet, mille metallots paikneb proovi pinna kohal ja elektripinge tulemusel „hüppavad“ elektronid sellelt alla, tekitades elektrivoolu.
Sedamööda, kuidas ots üle pinna liigub, näitab voolu muutuv tugevus, kuskohas proovi sees elektronid paiknevad.
Esialgsed katsed Wigneri kristalli vahetult STM-iga kuvada ebaõnnestusid, kuna elektrivool hävitas elektronide hapra Wigneri paigutuse.
Seetõttu lisasid uurijad seadmele kihi grafeeni — ühe aatomi paksust süsinikku. Wigneri kristall muutis veidi elektronide struktuuri selle peale laotatud grafeenis, mida omakorda oli võimalik juba skanniva tunnelmikroskoobiga tuvastada.
