Normalmente se ven electrones flotando alrededor de sus átomos, pero un equipo de físicos ha obtenido imágenes de las partículas en un estado muy diferente: agrupadas en una fase cuántica llamada cristal de Wigner, sin núcleo en su núcleo.

El escenario lleva el nombre de Eugene Wigner, quien predicho en 1934 que los electrones cristalizarían en una red cuando ciertas interacciones entre ellos fueran lo suficientemente fuertes. El equipo reciente utilizó microscopía de efecto túnel de barrido de alta resolución para obtener imágenes directamente del cristal predicho; tu búsqueda es Publicado esta semana en Naturaleza.

«El cristal de Wigner es una de las fases cuánticas de la materia más fascinantes jamás predichas y es objeto de numerosos estudios que afirman haber encontrado, en el mejor de los casos, evidencia indirecta de su formación», dijo Ali Yazdani, físico de la Universidad de Princeton y de la Universidad de Princeton. de Princeton. autor principal del estudio, en una universidad liberar.

Los electrones se repelen mutuamente: les gusta mantenerse alejados unos de otros. En la década de 1970, un equipo de los Laboratorios Bell creó un cristal electrónico rociando las partículas en helio y observó que los electrones se comportaban como un cristal. Pero este experimento se quedó estancado en el dominio clásico. El reciente experimento produjo un «verdadero cristal de Wigner», según el equipo, porque los electrones en la red funcionaban como una onda en lugar de partículas individuales pegadas entre sí.

Wigner teorizó que esta fase cuántica de los electrones se produciría debido a la repulsión mutua de las partículas, no a pesar de ella. Pero esto sólo sucedería a temperaturas muy frías y condiciones de baja densidad. En el nuevo experimento, el equipo colocó electrones entre dos láminas de grafeno exhaustivamente purgadas de imperfecciones materiales. Luego enfriaron las muestras y les aplicaron un campo magnético perpendicular. La intensidad del campo magnético más alta fue de 13,95 Tesla y la temperatura más baja fue de 210 mikelvin. Colocar los electrones en un campo magnético limita aún más su movimiento, aumentando las posibilidades de cristalización.

«Existe una repulsión inherente entre los electrones», afirma en el mismo comunicado Minhao He, investigador de la Universidad de Princeton y coautor del artículo. “Quieren alejarse, pero mientras tanto, los electrones no pueden separarse infinitamente debido a la densidad finita. El resultado es que forman una estructura reticular regularizada y muy compacta, en la que cada electrón localizado ocupa una cierta cantidad de espacio”.

El equipo se sorprendió al ver que el cristal de Wigner permaneció estable durante un período de tiempo más largo de lo esperado. Sin embargo, a densidades más altas, la fase cristalina dio paso a una electrón líquido. A continuación, los investigadores esperan imaginar cómo la fase del cristal de Wigner da paso a otras fases de electrones bajo un campo magnético.

Son días embriagadores para el estudio de materiales exóticos, desde examinando el segundo sonido de calor para cristales de tiempo que persisten más tiempo que nunca. Al investigar la materia en sus bordes, los físicos comprenderán mejor la materia que constituye nuestro universo y las enigmáticas leyes que obedece.

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