Kichkina, lekin juda muhim kashfiyot: Wigner kristallari

Kristallning ichida nima bo'ladi?

Bir marta bir guruh mayda bolalarga o'yinchoqlarni bo'lishishga urinib ko'rganmisiz? Juda qiyin, to'g'rimi? Elektronlar ham shunga o'xshaydi — ular bir-birini itarib turadi, chunki hamma manfiy zaryad olib yuradi.

Ammo ajoyib tomoni shundaki — ba'zi hollarda bu bir-birini itaruvchi zarrachalar to'satdan mukammal tartibga kelib qoladi. Bu Wigner kristalli deyiladi.

Oddiy va notanish kristallar farqi

Oddiy kristallarni tasavvur qiling — masalan, tuz. Atomlar astar o'rin olgan maktab o'quvchilari kabi aniq joylarda turadi.

Endi shunday kristallni o'ylab ko'ring: unda atomlar yo'q, faqat elektronlar o'zlari tartibga keladi. Ular bir-birini itarib, o'zlariga joy topadi. Bu Wigner kristalli. U 100 yil oldin fizik Eugene Wigner tomonidan bashorat qilingan.

Muammolar

Fiziklar bu kristallarni laboratoriyada yaratishga muvaffaq bo'ldi. Ammo ichida nima bo'layotganini kuzatish juda qiyin edi.

Baliq sakkasini qirg'oqdan kuzatishga o'xshaydi — umumiy harakatni ko'rasiz, lekin tafsilotlarni emas.

Yangi yondashuv

University of Basel va Technical University of Munich olimlari boshqacha usul sinab ko'rishdi: ular Wigner kristallini yorug'lik bilan tekshirdi.

Ular bir atom qalinlikdagi volfram diselenidni absolute nolga yaqin haroratgacha sovutdi (-273°C). So'ng yorug'lik tushirib, qaytgan nurlarni o'rgandilar.

Kutilmagan natija

Yorug'lik materialga tushganda, eksitonlar hosil bo'ladi — elektron va "kovak" juftligi. Bu eksitonlar Wigner kristallidagi elektronlar bilan o'zaro ta'sir qilib, yangi zarrachalar — Wigner kristalli polaronlari yaratadi.

Bu oddiy zarrachalar emas. Ular yorug'lik va kristallning birgalikdagi harakati natijasida vujudga keladi. Va eng muhimi — ular kristall ichidagi holat haqida ma'lumot tashiydi.

"Yorug'lik bu экзотик holatni nafaqat aniqlaydi, balki uning ichida qanday harakat bo'layotganini ham ko'rsatadi," — dedi tadqiqot rahbari Dr. Lujun Wang.

Nima uchun bu muhim?

Birinchidan, Wigner kristallarini tushunish murakkab kvant fizikasini o'rganishda yordam beradi. Bu superconductivlik va kvant magnitizmini tushunish uchun muhim.

Ikkinchidan, bu usul — elektronlar qanchalik kuchli itarishsa, signal shunchalik yorqin bo'ladi. Bu — yangi diagnostika usuli.

"Signallar elektronlar qanday joylashgani va ularning kvant dinamikasi haqida ma'lumot beradi," — tushuntirdi doktorant Fabian Pichler.

Oldinda nima bor?

Tadqiqotchilar ikki o'lchovli materiallar — atomik yupqa qatlamlar — eng yaxshi "laboratoriya" bo'lishi mumkinligini aytmoqda. Ular yetarlicha sodda, lekin kvant fizikasining boy qonunlarini ko'rsatadi.

Biz kvant fizikasi uchun ajoyib davrda yashayapmiz. Bir vaqtning o'zida nazariyaga o'xshagan narsalar laboratoriyada tasdiqlanmoqda.

Shunday qilib, kim "fizika faqat nazariya" desa, unga Wigner kristallari haqida ayting — elektronlar o'zlari tartibga kelib, birgalikda "raqs" tusha boshladilar. Va endi — olimlarning epchilligi tufayli — biz buni kuzatishimiz mumkin.