При подходящи обстоятелства електроните могат да „замръзнат“ в странна твърда форма. Сега физици от лабораторията в Бъркли създадоха тази структура и ѝ направиха първите в историята преки снимки, предава New Atlas.

При ниски температури и плътност групи електрони могат да кристализират в твърда форма, известна като кристал на Вигнер, наречен на името на физика-теоретик Юджийн Вигнер, който пръв предсказва съществуването им през 30-те години на миналия век. Едва преди няколко години учените за пръв път ги откриха и заснеха директно.

Сега екип за първи път е направил изображение на нова квантова фаза на електроните - свързана структура, наречена молекулен кристал на Вигнер. В общи линии това е същата твърда електронна фаза, само че вместо единични електрони на всяко място върху решетката се разполагат групи електрони.

Обикновено електроните преминават през материалите повече или по-малко свободно, действайки донякъде като неуредена течност. Но ако движението им може да се забави, друго свойство би трябвало да вземе превес - електростатичното им отблъскване. Тъй като всички електрони имат един и същ заряд, те естествено се отблъскват един от друг, така че когато спрат да се движат, се изтласкват на определено разстояние един от друг и се заключват там. Това води до появата на кристалната фаза на Вигнер.

За да направят молекулярни кристали на Вигнер, изследователите се нуждаят от нова рамка, която да задържа електроните, така че те да образуват „молекули“. Те започват със слой от хексагонален борен нитрид с дебелина 49 нанометра, след което слагат два слоя волфрамов дисулфид, всеки с дебелина един атом. Единият слой е усукан под ъгъл от 58 градуса спрямо втория.

След това получената „моаре суперрешетка tWS2“ се дотира с електрони и се вижда, че във всяка единична клетка на решетката се събират по два или три електрона. Тези малки групи са по същество електронни молекули, които заедно образуват неуловимия молекулен кристал на Вигнер.

Всъщност разглеждането на кристала се оказва не по-малко предизвикателство. Обикновено се използва сканиращ тунелен микроскоп (STM), за да се изобразяват неща от такъв мащаб, но електрическото поле, създадено от накрайника, е склонно да наруши крехката конфигурация на електроните в кристала. Екипът намира начин да минимизира това електрическо поле, което им позволява да направят първите снимки на явлението.

Изследователите планират да продължат да изследват молекулярните кристали на Вигнер в бъдещи експерименти, за да видят какви приложения могат да се получат от тях.

Изследването е публикувано в списание Science.