Un cristallo fatto tutto di elettroni, la scoperta sensazionale del Politecnico di Zurigo

Il cristallo di Wigner realizzato dai ricercatori era fatto solo di elettroni (in rosso) posti sopra un materiale conduttore (credito: ETH di Zurigo)

Una scoperta unica viene annunciata in un articolo pubblicato sul sito del Politecnico federale di Zurigo (ETH Zürich).[1] I ricercatori spiegano, e lo fanno in maggior dettaglio in uno studio pubblicato su Nature,[2] di aver osservato, per la prima volta in assoluto, un cristallo di Wigner, sostanzialmente un cristallo fatto solo da elettroni. Un cristallo di Wigner, teorizzato per la prima volta da Eugene Wigner, un fisico teorico ungherese, nel 1934, si forma quando la reciproca repulsione elettrica in un gas di elettroni tende a cristallizzarsi a formare uno speciale reticolo regolare, simile a quello dei cristalli, fatto solo di elettroni.

È la prima volta che viene osservato

Era stato solo teorizzato e questa è la prima volta che viene osservato in maniera diretta, nello specifico in un materiale semiconduttore.
La disposizione particolare degli elettroni avviene solo quando l’energia della repulsione elettrica tra gli stessi elettroni risulta più grande dell’energia relativa al loro movimento. A quel punto gli stessi elettroni si dispongono in una struttura particolare per far sì che la loro energia totale si spinga al minimo possibile.
Per realizzare un fenomeno del genere in laboratorio c’è bisogno di condizioni estreme che prevedono, per esempio, temperature molto basse e una più bassa distanza di separazione tra gli stessi elettroni.

Semiconduttore spesso solo un atomo

I ricercatori dell’istituto svizzero ci sono riusciti usando uno strato molto sottile di diseleniuro di molibdeno, un materiale semiconduttore, spingendo il suo spessore fino a quello di un solo atomo. Con uno spessore del genere, gli elettroni cominciano a spostarsi solo in due direzioni invece che in tre. Applicando poi tensione tramite due elettrodi di grafene ai lati del materiale semiconduttore, i ricercatori sono riusciti a variare il numero degli elettroni “liberi” e contemporaneamente a portare il materiale pochi gradi al di sopra dello zero assoluto.

Note e approfondimenti

  1. A crystal made of electrons | ETH Zurich (IA) (DOI:)
  2. Signatures of Wigner crystal of electrons in a monolayer semiconductor | Nature (IA) (DOI: 10.1038/s41586-021-03590-4)

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