Kisalföld logö

2019. 07. 21. vasárnap - Dániel, Daniella 21°C | 33°C Még több cikk.

Wigner Jenő egy nyolcvanéves jóslatát sikerült igazolniuk magyar és izraeli kutatóknak

Közvetlen bizonyítékot találtak az elektronok alkotta Wigner-kristály létezésére.
A Nobel-díjas fizikus által megjósolt különleges kvantumkristályt egy szén nanocsőben figyelték meg. Az eredményt a Science közölte.

A kvantum- és nanotechnológia területén jelent lényeges előrelépést az a felfedezés, amelyet az MTA-BME Lendület Egzotikus Kvantumfázisok Kutatócsoport és az MTA Wigner FK Lendület Erősen Korrelált Rendszerek Kutatócsoport kutatói az izraeli Weizmann Intézet csapatával közösen publikáltak a Science folyóiratban, Wigner Jenő közel 80 éve tett jóslatát igazolva. Eszerint az elektronok képesek szabályos kvantumkristályt alkotni, ha a közöttük lévő Coulomb-kölcsönhatás elegendően erős. A kutatóknak ezt az úgynevezett Wigner-kristályt sikerült megfigyelniük egy szén nanocsőben kísérletek és részletes numerikus szimulációk ötvözésével.



Híg elektrongázokban megnő a Coulomb-kölcsönhatás szerepe, az elektronoknak hatalmas energiába kerül ugyanis, ha két részecske egy helyen tartózkodik. Wigner Jenő erre felfigyelve azt jósolta, hogy ezt elkerülendő az elektronok abszolút 0 fokos hőmérsékleten kristályba rendeződnek.

Habár az elmúlt majd egy évszázadban óriási verseny folyt annak érdekében, hogy nagy tisztaságú anyagokban vagy azok felületén megvalósítható legyen az anyag e törékeny kvantummechanikai állapota, mind ez idáig csak a magas hőmérsékleten kialakuló ún. klasszikus Wigner-kristály létezését tudták meggyőzően kísérletileg bizonyítani. A mostani felfedezés az első, ahol közvetlenül sikerült megfigyelni az alacsony hőmérsékleten kialakuló kvantumkristály töltésmintázatát.

A felfedezés egy új kísérleti módszeren alapul: a kialakuló kristály rendkívül „törékeny", ezért az izraeli kutatók egyetlen elektron töltését használták „puha" érzékelőként, és azzal tapogatták le a nanocsőben kialakuló kristály térbeli szerkezetét.
 

Az új kísérleti elrendezésben mind a mérő-, mind pedig a mérni kívánt rendszert egy-egy nanocső alkotja"

– mondta az mta.hu-nak Zaránd Gergely, az MTA-BME Lendület Egzotikus Kvantumfázisok Kutatócsoport vezetője, a BME Fizikai Intézetének igazgatója.
A kísérleti mérésben (bal panel) és a DMRG numerikus szimulációban (jobb panel) megjelenő öt csúcs az első öt elektron kvantumkristálybeli helyét mutatja. A numerikus szimulációban a kölcsönhatás erősségének elméleti vizsgálatára is lehetőség adódik, amit a függőleges tengely mentén az rs paraméter jellemez. Forrás: Shapir et al., Science 364, 870 (2019)


A vizsgált nanocsövön az elektronok számát és az őket fogva tartó potenciált elektródák segítségével kontrollálják, a mérőfejként használt nanocsővel végigpásztázva a rendszert pedig az elektronok töltéseloszlása és kvantummechanikai hullámfüggvénye közvetlenül meghatározható. A rendszerbe egy-, két-, három- stb. számú elektront téve a töltéseloszlásban egy-, két-, három- stb. számú, egymástól néhány nanométeres távolságban elhelyezkedő csúcs figyelhető meg.

Annak eldöntése, hogy a kialakult kvantummechanikai állapot milyen kölcsönhatások eredményeként jött létre, elméleti számítások és numerikus szimulációk elvégzését igényelte. Ezeket a kísérleti eredmények értelmezéséhez szükséges kvantumelméleti számításokat a BME és az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatói végezték, a legmodernebb kvantumkémiai módszereket alkalmazva a szén nanocső leírására. „Az elvégzett ún. DMRG számítások már önmagukban is nagy áttörést jelentenek a területen. Számos olyan új algoritmikus megoldást fejlesztettünk ki, mely nélkül a számításokat nem lehetett volna elvégezni" – mondta Legeza Örs, az MTA Wigner FK Lendület Erősen Korrelált Rendszerek Kutatócsoport vezetője, aki jelenleg Humboldt-díjasként több kutatási projektet is irányít Németországban.

Az elméleti számítások révén meghatározott elektron-kristályszerkezet struktúrája nem várt pontossággal mutatott egyezést a mérési eredményekkel, ezzel igazolva, hogy az új kvantumos fázis valóban a Wigner Jenő által megjósolt kvantumkristály.
Kövessen minket, kommentelje híreinket a Kisalfold.hu Facebook oldalán!

hirdetés

hirdetés

A címoldal témái

Önnek ajánljuk

Az 1939-es kínai-japán háború szörnyűségéről került nyilvánosságra egy dokumentum

Az 1939-es kínai-japán háború szörnyűségéről került nyilvánosságra egy dokumentum
A dokumentum igazolja, hogy a japán hadsereg vegyi fegyvert vetett be Kínában. Tovább olvasom