Zespół pod kierownictwem Polaka zbadał kwantowy kryształ
W latach 30. ubiegłego wieku urodzony w Budapeszcie fizyk Eugene Wigner, zaproponował rodzaj kwantowego kryształu, charakteryzujący się uporządkowaną strukturą elektronów. Po 90 latach hipoteza Wignera została gruntownie sprawdzona.
Wizualizacja elektronów wewnątrz półprzewodnika. 
Przez kryształ rozumiemy na ogół ciało stałe zbudowane z atomów ułożonych w schematyczny, regularny wzór. Wigner marzył o materii, wewnątrz której same elektrony (ujemnie naładowane cząstki otaczające jądro atomowe – przyp.) będą tworzyły uporządkowaną strukturę. Jego zdaniem, aby to osiągnąć, należy doprowadzić do stanu, gdzie wzajemne odpychanie ładunków elektrycznych będzie mogło przeważyć nad energią kinetyczną cząstek.
W XX wieku uzyskanie odpowiednich warunków nie było technicznie możliwe. Dopiero niedawno, dzięki ekstremalnie niskim temperaturom udało się zminimalizować liczbę swobodnych elektronów wewnątrz materii na tyle, aby uzyskać kwantowy kryształ. Jednak w dalszym ciągu naukowcy nie byli pewni, czy Wigner miał słuszność i elektrony naprawdę tworzą uporządkowaną sieć.
Ostateczny eksperyment przeprowadzili fizycy z Politechniki Federalnej w Zurychu, na czele z utalentowanym Tomaszem Smoleńskim – pochodzącym z Polski pracownikiem Zespołu Fotoniki Kwantowej ETH.
Badacze postanowili zaobserwować krystaliczne ułożenie cząstek wewnątrz płaskiego arkusza diselenku molibdenu, umieszczonego pomiędzy dwiema grafenowymi elektrodami. Schłodzili półprzewodnik do temperatury bliskiej zeru kelwinów, a następnie przeprowadzili obserwacje. Nie mogli po prostu użyć mikroskopu, z uwagi na zbyt małe odległości pomiędzy poszczególnymi elektronami, dlatego wymyślili metodę pośrednią – uderzając elektrony światłem o odpowiedniej częstotliwości i analizowali powstałe w ten sposób kwazicząstki, nazywane ekscytonami.
Ekipa Smoleńskiego przekonała się, że elektrony naprawdę są w stanie utworzyć regularną strukturę, w tym przypadku układając się w równych odstępach co 20 nanometrów. Niewykluczone, że kryształy Wignera znajdą w przyszłości zastosowanie w architekturze superkomputerów i zaawansowanej elektronice.
Więcej informacji znajdziesz w oryginalnej publikacji: T. Smoleński, P. Dolgirev, C. Kuhlenkamp, Signatures of Wigner crystal of electrons in a monolayer semiconductor, “Nature”, 595 (2021), nature.com/articles/s41586-021–03590‑4.
