علماء يرصدون "بلورة ويغنر" لأول مرة بعد 90 عاما من البحث... فيديو

الإلكترونات هي أشياء صغيرة رائعة، وغالبًا ما تدور حول أنوية ذرية، فالكون مليء بالإلكترونات السائبة التي تتجول في كل مكان.

واقترح عالم الفيزياء النظرية يوغين ويغنر، قبل تسعين عامًا، أن الإلكترونات الحرة قد تتجمع معًا في نوع غريب من المادة التي لا تحتوي على ذرات على الإطلاق، مجرد إلكترونات محاصرة بواسطة تنافرها الخاص بشبكة بلورية أنيقة.

ويُعرف هذا باسم "بلورة فيغنر"، وقد حصل الفيزيائيون أخيرًا على أدلة رصدية مباشرة تشير إلى إمكانية وجودها.

وقال الفيزيائي علي يزداني من جامعة "برينستون": "بلورة ويغنر هي واحدة من أروع المراحل الكمومية للمادة التي تم التنبؤ بها وموضوع العديد من الدراسات التي تدعي أنها وجدت في أفضل الأحوال دليلاً غير مباشر على تكوينها".

وأضاف: "تصور هذه البلورة لا يسمح لنا فقط بمراقبة تكوينها وتأكيد العديد من خصائصها، ولكن يمكننا أيضًا دراستها بطرق لم نتمكن من دراستها في الماضي".

وتشير البلورة إلى الطريقة التي يمكن بها ترتيب الذرات في المادة الصلبة، وفي المواد البلورية النموذجية، حيث ترتبط الذرات ببعضها بعضا بطريقة تشكل نمطًا متكررًا في الفضاء.

وتحتوي بلورة ويغنر على نقطة ذات كثافة إلكترونية، إذا كانت الكثافة منخفضة جدًا، فإن الإلكترونات ستدفع بعضها بعضا بعيدًا وستبتعد نوعًا ما، وإذا كانت الكثافة عالية جدًا، فسوف تتجمع الإلكترونات معًا لتشكل سائلًا إلكترونيًا.

وفي نقطة التعادل، ستحاول الإلكترونات صد بعضها بعض، ولكن هروبها سيتم قطعه بواسطة الإلكترونات الأخرى، لذلك سوف يقومون بترتيب أنفسهم في شبكة، مع الحفاظ على أكبر قدر ممكن من المسافة بينهم.

Wigner crystal imaged directly for the first time in our recent @Nature paper. https://t.co/U2Sqvce0Vt
Its formation, melting, and competition with the FQH states are captured in the STM video (measured as function of electron filling (density)) pic.twitter.com/jrQZr7rTw1

— Yazdani Lab (@LabYazdani) April 11, 2024

ولقياس هذه المرحلة البلورية، استخدم الباحثون المجهر النفقي الماسح عالي الدقة (STM) لقياسها، ويستخدم STM النفق الكمي لاستكشاف المواد على المستوى الذري، حيث لا يمكن للمجهر الضوئي الوصول إليه تمامًا، بحسب مجلة "ساينس أليرت" العلمية.

وشرح العلماء: "في تجربتنا، يمكننا تصوير النظام بينما نقوم بضبط عدد الإلكترونات لكل وحدة مساحة، فقط عن طريق تغيير الكثافة، ويمكننا بدء هذه المرحلة الانتقالية والعثور على الإلكترونات تتشكل تلقائيًا في بلورة مرتبة".

وختم العلماء: "يقدم عملنا أول صور مباشرة لهذه البلورة، لقد أثبتنا أن البلورة موجودة بالفعل ويمكننا رؤيتها".