В течение долгого времени учёные не могли получить изображения молекулярного электронного льда из-за того, что применяемые методики разрушали объект исследования. Такая же группа исследователей, которая доказала существование электронного кристалла, разработала способ модификации сканирующего электронного микроскопа и получила первые изображения молекулы Вигнера.
Электроны часто двигаются по материалам с такой скоростью, что не вступают в связи с другими частицами. Eugene WignerПредсказал, что электроны могут стать недвижимыми при низкой плотности и температуре, формируя «электронный лед», также известный как кристаллы Вигнеровского.
В 2021 году в Беркли, штат Калифорния (США), группы исследователей под управлением Фэна Ванга … Feng Wang) и Майкла Кромми (Michael Crommie) доказалиУченые получили изображения нового квантового состояния твердого тела, названного молекулярным Вигнеровским кристаллом. опубликованы в журнале Science.
Классические Вигнеровские кристаллы формируют соты с упорядоченной структурой электронов. В молекулярных Вигнеровских кристаллах строятся высокоупорядоченные структуры из искусственных «молекул», каждая из которых объединяет два или более электрона.
Много лет учёные стремились получить прямые изображения молекулярного Вигнеровского кристалла. Это было сложно из-за того, что молекулярный электронный лед разрушался при попытке его запечатлеть. Наконечник сканирующего туннельного микроскопа (СТМ), с помощью которого можно получить нужные изображения, разрушал электронную конфигурацию материала.
В новом исследовании ученые из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли решили эту проблему, разработав метод, сводящий к минимуму электрическое поле, создаваемое наконечником СТМ. С помощью этой модификации исследователи… смоглиИзвлечь нежную электронную организацию молекулы Вигнеровского кристалла.
В целях проведения исследований учёные создали наноматериал под названием «скрученный дисульфид-вольфрама». 2Сверхрешетка муарового типа. Началом послужило создание двухслойного дисульфида вольфрама (WS). 2Структура состоит из слоёв, уложенных друг на друга под углом в 58 градусов. Сверху расположили слой гексагонального нитрида бора (hBN) толщиной 49 нанометров и графитовый затвор.
Используя технику СТМ, физики выяснили, что легирование сверхрешетки tWS2 электронами заполняет каждую ячейку размером 10 нанометров двумя или тремя заряженными частицами. Заполненные ячейки создали массив электронных молекул муарового типа по всей сверхрешетке, что привело к формированию молекулярного Вигнеровского кристалла.
По словам В angka, низкие температуры и энергия, производимая сверхрешеткой tWS2, локально удерживают электроны.
В дальнейшем Ванг, Кромми и их команда планируютИспользовать методику СТМ для более глубокого исследования этой новой квантовой фазы и поиска потенциальных применений, которые она может предложить.