Elektron biasanya terlihat beterbangan di sekitar atomnya, namun tim fisikawan kini telah menggambarkan partikel-partikel tersebut dalam keadaan yang sangat berbeda: berkumpul dalam fase kuantum yang disebut kristal Wigner, tanpa inti pada intinya.
Fase ini dinamai Eugene Wigner, yang diprediksi pada tahun 1934 bahwa elektron akan mengkristal dalam kisi ketika interaksi tertentu di antara mereka cukup kuat. Tim baru-baru ini menggunakan mikroskop terowongan pemindaian resolusi tinggi untuk secara langsung menggambarkan kristal yang diprediksi; penelitian mereka adalah diterbitkan minggu ini di Nature.
“Kristal Wigner adalah salah satu fase kuantum paling menarik dari materi yang telah diprediksi dan menjadi subjek dari banyak penelitian yang mengklaim telah menemukan, paling banter, bukti tidak langsung untuk pembentukannya,” kata Ali Yazdani, fisikawan di Universitas Princeton dan Universitas Princeton. penulis senior studi, di universitas melepaskan.
Elektron saling tolak menolak: mereka suka menjauh satu sama lain. Pada tahun 1970-an, tim di Bell Laboratories menciptakan kristal elektron dengan menyemprotkan partikel pada helium, dan mereka mengamati elektron berperilaku seperti kristal. Namun eksperimen itu terjebak dalam ranah klasik. Eksperimen baru-baru ini menghasilkan “kristal Wigner sejati”, menurut tim, karena elektron dalam kisi berfungsi sebagai gelombang dan bukan sebagai partikel individu yang saling menempel.
Wigner berteori bahwa fase kuantum elektron ini akan terjadi karena adanya gaya tolak menolak antar partikel, bukan karena tolakan tersebut. Tapi itu hanya akan terjadi pada suhu yang sangat dingin dan kondisi kepadatan rendah. Dalam percobaan baru, tim menempatkan elektron di antara dua lembar graphene untuk membersihkan ketidaksempurnaan material secara menyeluruh. Kemudian, mereka mendinginkan sampel dan menerapkan medan magnet tegak lurus terhadap sampel tersebut. Kuat medan magnet tertinggi sebesar 13,95 Tesla dan suhu terendah sebesar 210 miliklvin. Menempatkan elektron dalam medan magnet semakin membatasi pergerakannya, meningkatkan kemungkinan mengkristal.
“Ada gaya tolak menolak yang melekat di antara elektron-elektron,” kata Minhao He, peneliti di Universitas Princeton dan salah satu penulis makalah tersebut, dalam rilis yang sama. “Mereka ingin saling mendorong, tetapi sementara itu, elektron tidak dapat terpisah tanpa batas karena kepadatannya yang terbatas. Hasilnya adalah mereka membentuk struktur kisi yang teratur dan padat, dengan masing-masing elektron yang terlokalisasi menempati sejumlah ruang tertentu.”
Tim terkejut karena kristal Wigner tetap stabil dalam jangka waktu yang lebih lama dari yang diperkirakan. Namun, pada kepadatan yang lebih tinggi, fase kristal berubah menjadi cairan elektron. Selanjutnya, para peneliti berharap dapat menggambarkan bagaimana fase kristal Wigner memberi jalan kepada fase elektron lain di bawah medan magnet.
Ini adalah hari-hari yang menyenangkan untuk mempelajari materi-materi eksotik, dari mengamati suara panas kedua itu kristal waktu yang bertahan lebih lama daripada sebelumnya. Dengan menyelidiki materi secara ekstrem, fisikawan akan lebih memahami unsur-unsur yang membentuk alam semesta kita dan hukum-hukum misterius yang mereka patuhi.
Lagi: Fisikawan Akhirnya Mengamati Keadaan Materi Eksotis yang Pertama Kali Diprediksi pada tahun 1973
