A halmazállapotok közötti átmenetben megváltozik az elektronokból álló kristály részecske- és hullámtermészete.
A Harvard Egyetem munkatársainak először sikerült megfigyelniük egy úgynevezett Wigner-kristály olvadását.
Az elektronokból álló kristály létezését Wigner Jenő magyar–amerikai fizikus jósolta meg 1934-ben. Az 1963-as fizikai Nobel-díjat elnyerő Wigner elmélete szerint ultrahideg hőmérsékleten a fémek részét képező elektronok ahelyett, hogy a tőlük megszokott módon nagy sebességgel röpködnének, a legalacsonyabb energiaszintet biztosító, elektromosan nem vezető kristályrácsszerkezetbe rendeződnek.
A Wigner-kristálynak nevezett struktúrát először 1979-ben figyelték meg, de most először tapasztalták meg, ahogy a kristály a kvantumfluktuációk hatására folyékonnyá válik. Hongkun Park és Eugene Demler sikeresen dokumentálták a jelenséget.
Pontosan a határán van annak, amikor az anyag kvantumanyagból részben klasszikus anyaggá alakul, és sok szokatlan és érdekes tulajdonsága van. A kristályt magát már megfigyelték, de ezt a fajta elemi átalakulást – amikor a kvantummechanika és a klasszikus interakciók vetélkednek – még nem láttuk. 86 évbe telt
– mondta Eugene Demler.
A Wigner-kristály esetében a halmazállapot-átmenet során az elektronok klasszikus és kvantumtermészete verseng: szilárd formában részecskeszerűek, folyékonyan már hullámszerű tulajdonságokat mutatnak, miközben a kvantummechanika szerint a kétfajta viselkedés összetartozik.
Meglepő, hogy a sok elektronból álló rendszerben ezek a különböző viselkedések különböző halmazállapotokban jelennek meg. Az elektronok szilárd-folyékony átmenete iránt ezért hatalmas az elméleti és kísérleti érdeklődés
– mondta Park.
A Wigner-kristály létrejöttéhez szélsőségesen alacsony elektronsűrűségre van szükség, amit komoly kihívás kísérleti úton előidézni. A kutatók ehhez két atomvastagságú félvezetőt alkalmaztak, amellyel elérték, hogy nagyobb sűrűség mellett is létrejöjjön a kristályosodás.
Az olvadás megfigyeléséhez egy exciton spektroszkópia nevű eljárást használtak, aminek az alapja egy fénnyel gerjesztett elektron, amely az általa vizsgált anyaggal kölcsönhatásba lépve megváltoztatja a vizsgáló műszerben található atom állapotát.
Park és csapata egyébként teljesen más irányú kutatást végzett, a publikált eredményre viszonylag véletlenül bukkantak, és meglepte őket. Csak amikor felvették a kapcsolatot Demler laboratóriumával, derült ki, hogy a különleges félvezetőjük elektronjai miért nem vezetik az áramot.
(Phys.org)