Bilim insanları, yıllardır üzerinde çalıştıkları Wigner moleküler kristalini nihayet ilk kez görüntülemeyi başardı. Elektronlar genellikle madde içinde serbestçe hareket eden hızlı parçacıklardır, ancak 1930’larda fizikçi Eugene Wigner, düşük yoğunluk ve soğuk sıcaklıklarda elektronların hareketsiz hale gelip, Wigner kristali olarak bilinen bir yapıyı oluşturabileceğini öngörmüştü. Bu kristalin, elektronların bir araya gelerek bal peteği şeklinde dizildiği bir yapı olduğu bilinmekteydi. Ancak, bilim insanları, Wigner moleküler kristalini, daha karmaşık bir düzenin ürünüdür, yani bir araya gelen iki ya da daha fazla elektronun oluşturduğu yapay moleküllerin düzenli bir şekilde sıralandığı bir yapıyı ilk kez doğrudan gözlemledi.
Elektronların moleküler kristal yapısı resmen görüntülendi
Berkeley Laboratuvarı’nda yapılan bu keşif, taramalı tünelleme mikroskobunun (STM) kullanılmasıyla mümkün oldu. STM, daha önce bu tür yapıların görüntülenmesinde sorun yaratmıştı çünkü mikroskobun uç kısmı, elektron yapısına zarar veriyordu. Ancak, araştırmacılar, STM ucunun elektrik alanını minimize ederek, Wigner moleküler kristalini hassas bir şekilde görüntülemeyi başardı. Bu buluş, bilim dünyasında heyecanla karşılandı çünkü Wigner moleküler kristallerinin doğrudan gözlemi, kuantum fiziği ve elektron hareketi hakkında daha fazla bilgi edinmemizi sağlayacak yeni bir kapı aralıyor.
Deneyler sırasında, araştırmacılar tungsten disülfür (WS2) tabakasını, altıgen boron nitrür (hBN) ve grafit bir kapı katmanının üzerine yerleştirerek bükülmüş tungsten disülfür moiré süper kafesi adlı bir nanomalzeme oluşturdu. Bu yapı, düşük sıcaklıklarda elektronları yerel olarak sınırlayan bir enerji potansiyeli yaratıp, elektronların Wigner molekül durumuna geçişini sağladı.
Bu yeni kuantum fazının doğrudan gözlemlenmesi, kuantum hesaplama ve diğer potansiyel uygulamaların geliştirilmesinde önemli bir adım olabilir. Araştırmacılar, gelecekteki deneylerde bu teknikle Wigner moleküler kristallerinin daha ayrıntılı incelemelerini yapmayı ve potansiyel uygulamaları keşfetmeyi hedefliyor.
