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开发个app软件多少钱 豪阔由电子组成的晶体？90年前的预言，此次简直看到了
发布日期：2024-08-22 13:52 点击次数：94
一种新的奇异物资，再次印证量子力学的神奇。
撰文 | 于槐
原子不错酿成法例成列的晶格，从随地可见的金属，到芯片里面的硅，好多固体物资齐是原子法例成列的产品（晶体）。再向下细分，原子包含带正电的原子核和带负电的电子。那么，有莫得只是由电子法例成列产生的晶格呢？
90年前，闻明物理学家尤金·维格纳（Eugene Wigner）在表面上给出了电子晶体的预言。电子之间的相互摒除会使得它们相互隔离，而一定的电子密度又会辞让它们无适度地相互隔离。当这么相互冲突的相互作用取得均衡，电子会倾向于成列成为规矩的晶格，以裁汰相互作用带来的能量。这种晶格也因而得名“维格纳晶体”（Wigner crystal）。
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如今，这一表面预言终于被科学家胜仗不雅测到。来自普林斯顿大学的推敲者在《当然》杂志上发表论文，初度胜仗拍摄到了维格纳晶格。
一直以来，物理学家贫窭尝试将维格纳晶体变为实际。制造维格纳晶体络续需要在极低的温度和低维情况下，因为电子的相互作用在这两种情况下更为显贵。最早的实验不错追猜度上世纪70年代的贝尔实验室的使命。推敲东谈主员将电子喷射在液氦的名义，使得电子相互隔离，酿成晶格。但这么的电子更接近相互孤独的粒子，着实的维格纳晶体中，扫数的电子应当酿成一个合座，如同海潮一般集体步履。
之后的几十年中，物理家们作念了一系列探索。比方哄骗半导体将电子的通顺局限在二维，用磁场让电子绕圈从而匡助酿成晶体。好多使命齐障碍不雅测到了维格纳晶格存在的凭据。但东谈主们一直没能给维格纳晶格“拍张相片”，好意思满胜仗不雅测。
为了给这么的亚原子结构“拍照”，推敲东谈主员选择了扫描神圣显微镜（STM）这一技艺。这种显微镜的基本使命旨趣是，检测探针和样品之间由量子效应产生的极为微细的电流，从而在扫描后领路出样品的特征。这一技艺不错了了不雅测到原子大小的圭臬，从而使得原子级的“照相”成为可能。
哄骗STM拍下的铁原子在铜名义上成列成圈，开发个app多少钱1993年11月Physics Today封面图
在细则了拍摄技艺之后，样品的准备亦然一浩劫题。领先样品必须极其干净，莫得杂质。维格纳晶体是只是由电子组成的晶体。扫数电子在量子力学下相互作用，和谐滑动。即使是一个杂质粒子的存在，也有可能酿成一个拘谨电子的罗网，从而冲破这么的相互作用。
普林斯顿大学的推敲东谈主员聘用了堆叠的双层石墨烯动作样品，并将其冷却，再施加与样品标的垂直的磁场，从而制造出在二维下通顺的电子气体。这么还不错粗陋诊治电子密度。
万般贫窭之下，后果让东谈主感触。通过神圣扫描显微镜，科学家第一次看到了仅由电子组成的维格纳晶体。由于显微镜的超高区分率，不错细则这其中莫得杂质存在。这些组成晶格的电子法例成列成细巧的三角形，在诊治电子密度时，三角形的大小也会变化。这进一步细则了，晶格是由电子相互作用酿成，而非受到杂质的影响。
维格纳晶体丨图源：参考文件[1]
科学家还发现，这些本应在晶格中法例成列的电子有些肮脏。推敲者诠释说这是由于电子的“零点能”——一种由量子力学态状的系统最桀黠量，与海森堡不细则性旨趣相关。这么肮脏的电子影像，正阐发了拍摄到的维格纳晶体是由于量子力学效应而酿成的。
维格纳晶体是一种新奇的物相，物理学家的方针之一便是胁制探索这些新奇物相，将其好意思满并纪录，瓦解不同相之间如何鼎新，以更好地掌持量子宇宙。
app参考文件
[1] Tsui, YC., He, M., Hu, Y. et al. Direct observation of a magnetic-field-induced Wigner crystal. Nature 628, 287–292 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07212-7
出品：科普中国
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