Normalmente se ven electrones revoloteando alrededor de sus átomos, pero un equipo de físicos ha fotografiado ahora las partículas en un estado muy diferente: acurrucadas. juntos en una fase cuántica llamada cristal de Wigner, sin núcleo en su núcleo.
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La fase lleva el nombre de Eugene Wigner, quien predicho en 1934 que los electrones cristalizarían en una red cuando ciertas interacciones entre ellos sean lo suficientemente fuertes. El equipo reciente utilizó microscopía de efecto túnel de barrido de alta resolución para obtener imágenes directamente del cristal predicho; tu investigación es publicado esta semana en Naturaleza.
“El cristal de Wigner es una de las fases cuánticas de la materia más fascinantes jamás predichas y es objeto de numerosos estudios que afirman: “Hemos encontrado, en el mejor de los casos, evidencia indirecta de su formación”, dijo Ali Yazdani, físico de la Universidad de Princeton y director autor del estudio. en una universidad liberar.
Los electrones se repelen: les gusta mantenerse alejados unos de otros. En la década de 1970, un equipo de los Laboratorios Bell creó un cristal de electrones rociando las partículas sobre helio y observó que los electrones se comportaban como un cristal. Pero ese experimento quedó estancado en el campo clásico. El reciente experimento produjo un “verdadero cristal de Wigner”, según el equipo, porque los electrones en la red funcionaban como ondas en lugar de partículas individuales pegadas entre sí.
Wigner teorizó que esta fase cuántica de los electrones se produciría debido a la repulsión mutua de las partículas, no a pesar de ella. Sólo ocurre en temperaturas muy frías y condiciones de baja densidad. En el nuevo experimento, el equipo colocó electrones entre dos láminas de grafeno. Se purgó exhaustivamente de las imperfecciones del material. Luego se enfriaron las muestras y se aplicó un campo magnético perpendicular. La intensidad del campo magnético más alta fue de 13,95 Tesla y la temperatura más baja fue de 210 mikelvin. Poner electrones en un campo magnético limita aún más su movimiento, aumentando las posibilidades de que cristalicen.
“Existe una repulsión inherente entre los electrones”, afirmó Minhao He, investigador de la Universidad de Princeton y coautor del artículo. en el mismo comunicado. “Quieren alejarse unos de otros, pero mientras tanto, los electrones no pueden separarse infinitamente debido a la densidad finita. El resultado es que forman una estructura reticular regularizada y compacta, en la que cada electrón localizado ocupa una cierta cantidad de espacio”.
El equipo se sorprendió de que el cristal de Wigner permaneciera estable en un rango más largo de lo esperado. Sin embargo, a densidades más altas, la fase cristalina dio paso a una electrón líquido. A continuación, los investigadores esperan obtener imágenes de cómo la fase del cristal de Wigner da paso a otras fases de electrones bajo un campo magnético.
Son días embriagadores para el estudio de materiales exóticos, desde escudriñando el segundo sonido del calor a Cristales de tiempo que persisten por más tiempo. que nunca antes. Al sondear la materia en sus extremos, los físicos comprenderán mejor las cosas que componen nuestro universo y las enigmáticas leyes que obedecen.
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