On voit généralement des électrons flotter autour de leurs atomes, mais une équipe de physiciens a maintenant photographié les particules dans un état très différent : ensemble dans une phase quantique appelée cristal de Wigner, sans noyau en leur cœur.
La phase porte le nom d’Eugène Wigner, qui prédit en 1934 que les électrons se cristalliseraient dans un réseau lorsque certaines interactions entre eux sont suffisamment fortes. L’équipe récente a utilisé la microscopie à effet tunnel à balayage haute résolution. pour imager directement le cristal prédit ; leurs recherches est publié cette semaine dans Nature.
« Le cristal de Wigner est l’une des phases quantiques de la matière les plus fascinantes qui ait été prédite et fait l’objet de nombreuses études prétendant “Nous avons trouvé, au mieux, des preuves indirectes de sa formation”, a déclaré Ali Yazdani, physicien à l’Université de Princeton et auteur principal de l’étude. dans une université libérer.
Les électrons sont mutuellement repoussés : ils aiment s’éloigner les uns des autres. Dans les années 1970, une équipe des Laboratoires Bell créé un cristal électronique en pulvérisant les particules sur de l’hélium, et ils ont observé que les électrons se comportaient comme un cristal. Mais cette expérience était coincée dans le domaine classique. . La récente expérience a produit un « vrai cristal de Wigner », selon l’équipe, car les électrons dans le réseau fonctionnaient comme un onduler plutôt que de former des particules individuelles collées les unes aux autres.
Wigner a émis l’hypothèse que cette phase quantique des électrons se produirait en raison de la répulsion mutuelle des particules, et non malgré cela. cela ne se produit qu’à des températures très froides et dans des conditions de faible densité. Dans la nouvelle expérience, l’équipe a placé des électrons entre deux feuilles de graphène. purgés de manière exhaustive des imperfections matérielles. Ensuite, ils ont refroidi les échantillons et leur ont appliqué un champ magnétique perpendiculaire. La force de champ magnétique la plus élevée était 13,95 Tesla, et la température la plus basse était de 210 millikelvins. Placer les électrons dans un champ magnétique confine davantage leur mouvement, augmentant ainsi les chances. qu’ils vont cristalliser.
« Il existe une répulsion inhérente entre les électrons », a déclaré Minhao He, chercheur à l’Université de Princeton et co-premier auteur de l’article : dans le même communiqué. « Ils veulent se repousser les uns les autres, mais en attendant, les électrons ne peuvent pas être infiniment séparés à cause de la densité finie. Le résultat est qu’ils forment une structure de réseau étroitement tassée et régularisée, avec chacun des électrons localisés occupant un une certaine quantité d’espace.
L’équipe a été surprise que le cristal de Wigner soit resté stable sur une plage plus longue que prévu. À des densités plus élevées, cependant, la phase cristalline a donné chemin vers un liquide électroniqueLes chercheurs espèrent ensuite imaginer comment la phase cristalline de Wigner cède la place à d’autres phases d’électrons sous un champ magnétique.
Ce sont des jours heureux pour étudier les matériaux exotiques, de scrutant le deuxième bruit de chaleur à des cristaux de temps qui persistent plus longtemps que jamais auparavant. En sondant la matière à ses extrémités, les physiciens comprendront mieux les éléments qui composent notre univers et les lois énigmatiques. ils obéissent.
Une version de cet article paru à l’origine sur Gizmodo.
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