Circa 90 anni fa, il fisico teorico Eugene Wigner suggerì che gli elettroni liberi potessero organizzarsi in una strana forma di materia, in cui non c'è alcun atomo, e dalla repulsione di queste particelle si forma un reticolo cristallino. Tuttavia questa strana formazione, conosciuta come cristallo di Wegener, non era mai stata osservata, almeno fino ad ora.
Per saperne di più:
Christis D. Wegner
I cristalli sono definiti dal modo in cui gli atomi sono collegati insieme per formare uno schema ripetuto nello spazio. Nel 1934 Wegener propose che gli elettroni potessero organizzarsi in modo simile, aiutati dalla repulsione delle cariche negative di queste particelle.
Il fisico ha sottolineato nella sua teoria che in condizioni di bassa temperatura e densità, la repulsione tra gli elettroni dovrebbe far sì che la loro energia potenziale domini il loro bisogno di avvicinarsi e faccia sì che queste particelle si dispongano in una rete simile a un cristallo. In questo senso si comporta come la meccanica quantistica, dove gli elettroni legati agiscono come un’unica onda.
Da quando è stata proposta l’idea dei cristalli di Wegener, molti esperimenti hanno dimostrato indirettamente la loro esistenza, ma è difficile trovare prove dirette.
Ci sono centinaia di articoli scientifici che studiano questi effetti e sostengono che i risultati devono essere dovuti al cristallo di Wigner, ma non possiamo esserne sicuri perché nessuno di questi esperimenti ha effettivamente visto il cristallo.
Al-Yazdani, un fisico, ha detto in una nota
Nuova ricerca
In una nuova ricerca, recentemente pubblicata in naturaI ricercatori Yin-Chen Cui, Minhao He e Yuen Hu, dell'Università di Princeton, hanno ideato un esperimento in cui speravano di poter finalmente osservare direttamente i cristalli di Wegener, e i risultati sono stati promettenti.
Nell'esperimento, gli scienziati hanno utilizzato due fogli di grafene puro disposti in una configurazione specifica e poi raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto. L'applicazione di un campo magnetico regola la densità elettronica tra gli strati su un punto ideale.
- Se ci sono troppo pochi elettroni si respingono a vicenda;
- Se ce ne sono troppe, le molecole si aggregheranno e formeranno l'e-liquid;
- A densità ideale o moderata, gli elettroni cercano di allontanarsi, ma altri elettroni impediscono loro di fuggire;
Per questo motivo, queste particelle sono raggruppate insieme in una griglia, dove rimangono il più equamente distanziate possibile. Per misurare il cristallo Wegener che si è formato, è stata utilizzata la microscopia a effetto tunnel a scansione ad alta risoluzione. La tecnica utilizza il tunneling quantistico per esaminare una sostanza a livello atomico.
Nel nostro esperimento, possiamo immaginare il sistema regolando il numero di elettroni per unità di area. Solo modificando la densità puoi avviare questa transizione e scoprire che gli elettroni si formano spontaneamente in un cristallo ordinato. Il nostro lavoro fornisce le prime immagini dirette di questo cristallo. Abbiamo dimostrato che il cristallo esiste realmente e possiamo vederlo.
Yin Zhen Tsui
