Новости космоса и технологий. » Физика » Исследователи захватывают электроны, чтобы создать неуловимый кристалл

Исследователи захватывают электроны, чтобы создать неуловимый кристалл

Опубликовал: Admin, 12-11-2020, 01:01, Физика, 27, 0

Исследователи захватывают электроны, чтобы создать неуловимый кристалл

Подобно беспокойным детям, позирующим на семейном портрете, электроны не могут оставаться на месте достаточно долго, чтобы оставаться в каком-либо фиксированном порядке.

Исследователи из Корнелла сложили двухмерные полупроводники, чтобы создать муаровую структуру сверхрешетки, которая захватывает электроны в повторяющийся узор , в конечном итоге формируя давно предполагаемый кристалл Вигнера.

Теперь коллаборация под руководством Корнелла разработала способ складывать двумерные полупроводники и улавливать электроны в повторяющемся узоре, который формирует конкретный кристалл, о котором давно предполагалось.

Статья команды «Коррелированные изолирующие состояния при дробном заполнении муаровых сверхрешеток» опубликована 11 ноября в  Природа  . Ведущий автор статьи - постдокторант Ян Сюй.

Проект вырос из совместной лаборатории Кин Фай Мака, доцента физики в Колледже искусств и наук, и Цзе Шаня, профессора прикладной и инженерной физики в Инженерном колледже, соавторов статьи. Оба исследователя являются членами Института наномасштабов Кавли в Корнелле; они приехали в Корнелл через инициативу проректора по наноразмерной науке и микросистемной инженерии (NEXT Nano).

Кристалл электронов был впервые предсказан в 1934 году физиком-теоретиком Юджином Вигнером. Он предположил, что когда отталкивание, вызываемое отрицательно заряженными электронами, называемое кулоновским отталкиванием, преобладает над кинетической энергией электронов, образуется кристалл. Ученые пробовали различные методы подавления этой кинетической энергии, например, помещали электроны в чрезвычайно сильное магнитное поле, примерно в миллион раз превышающее магнитное поле Земли. Полная кристаллизация остается труднодостижимой, но команда Корнелла открыла новый метод ее достижения.

«Электроны квантово-механические. Даже если с ними ничего не делать, они все время спонтанно колеблются», - сказал Мак. «Кристалл электронов на самом деле имел бы тенденцию просто плавиться, потому что так трудно удерживать электроны фиксированными в периодической структуре».

Итак, исследователи решили создать настоящую ловушку, сложив два полупроводниковых монослоя, дисульфид вольфрама (WS2) и диселенид вольфрама (WSe2), выращенные партнерами из Колумбийского университета. Каждый монослой имеет немного отличающуюся постоянную решетки. В паре они создают муаровую сверхрешетку, которая по сути выглядит как гексагональная сетка. Затем исследователи разместили электроны в определенных местах узора. Как они обнаружили в более раннем проекте, энергетический барьер между узлами блокирует электроны на месте.

«Мы можем контролировать среднюю занятость электронов на определенном участке муара», - сказал Мак.

Учитывая сложную структуру муаровой сверхрешетки в сочетании с неустойчивой природой электронов и необходимостью их расположения в очень специфическом порядке, исследователи обратились к Вейту Эльзеру, профессору физики и соавтору статьи, который рассчитал коэффициент занятости, по которому разные устройства электроны будет самокристаллизоваться.

Однако задача кристаллов Вигнера не только в их создании, но и в их наблюдении.

«Чтобы создать электронный кристалл, нужно создать правильные условия, и в то же время они хрупкие», - сказал Мак. «Вам нужен хороший способ исследовать их. Вы действительно не хотите сильно беспокоить их, исследуя их».

Команда разработала новую технику оптического зондирования, в которой оптический датчик помещается близко к образцу, а вся структура зажата между изолирующими слоями гексагонального нитрида бора, созданными сотрудниками Национального института материаловедения в Японии. Поскольку датчик отделен от образца примерно на два нанометра, это не вызывает возмущений в системе.

Новая методика позволила команде наблюдать многочисленные электронные кристаллы с различной симметрией кристаллов, от кристаллов Вигнера с треугольной решеткой до кристаллов, которые самоорганизуются в полосы и димеры. Таким образом, команда продемонстрировала, как очень простые ингредиенты могут образовывать сложные структуры - если ингредиенты остаются неподвижными достаточно долго.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии