Кристалл Вигнера: ученые спорят о природе и возможностях нового квантового состояния

Впервые ученым удалось визуализировать квантовый кристалл из замороженных электронов, так называемый кристалл Вигнера. Это открытие, сделанное физиками из Принстонского университета, подтверждает теорию, существующую уже более 90 лет, о том, что электроны могут самоорганизовываться в кристаллическую структуру без необходимости образования вокруг атомов. Исследование, опубликованное в журнале Nature , открывает новые перспективы для изучения квантовых состояний материи.

Электроны, несмотря на десятилетия исследований, продолжают удивлять ученых своим поведением. В 1930-х годах Евгений Вигнер, профессор физики Принстонского университета и лауреат Нобелевской премии, предположил, что электроны могут спонтанно упорядочиваться в кристаллоподобную решетку из-за взаимного отталкивания при низких температурах и плотностях.

Долгое время кристалл Вигнера оставался лишь теоретической концепцией, пока ученые не разработали методики для его визуализации. Прорыв был достигнут благодаря использованию сканирующего туннельного микроскопа, позволяющего наблюдать за положением электронов на атомном уровне. Этот метод открыл двери для прямого наблюдения за формированием кристалла Вигнера.

Исследователи из Принстонского университета охладили систему электронов на поверхности полупроводника до температур чуть выше абсолютного нуля, при которых электроны начинают вести себя как единое целое, образуя стабильную решетку. Применение магнитного поля дополнительно стабилизировало структуру кристалла и позволило ученым подробнее изучить его свойства.

Эксперименты показали, что кристалл Вигнера имеет треугольную конфигурацию и может стабильно существовать в широком диапазоне плотностей, что противоречит предыдущим предположениям о его неустойчивости. Также было обнаружено, что каждый электрон в решетке локализуется не в точке, а в определенном диапазоне, что связано с принципом неопределенности Гейзенберга. Это подчеркивает квантовую природу кристалла Вигнера.

Открытие кристалла Вигнера не только подтверждает давнюю теорию, но и открывает новые направления в исследовании квантовых материалов, которые в будущем могут привести к прорывам в квантовых вычислениях и хранении информации.