Cristal Wigner
Cristalul Wigner este o stare a materiei teoretizată de fizicianul maghiar Eugene Paul Wigner în 1934 și realizată de Universitatea din Zurich la 30 iunie 2021 [1] . Articolul original al lui Wigner (care conține totuși o eroare) prezice existența unei stări în care electronii unei substanțe sunt localizați în jurul punctelor unei rețele . Prin urmare, este un model de cristal electronic.
Descriere
Descrierea teoretică a cristalului Wigner se bazează pe o aproximare, uneori utilizată în fizica stării solide , numită jellium : un gaz omogen de electroni cufundați într-un continuum de sarcină pozitivă care are o densitate de sarcină exact egală cu densitatea medie a electronilor, astfel încât pentru a garanta neutralitatea sistemului. Aproximarea Hartree-Fock este un instrument depășit astăzi, dar totuși utilă pentru a înțelege, cel puțin calitativ și consecvent cu teoria perturbărilor de ordinul întâi, comportamentul acestui gaz de electroni. În special, această abordare variațională permite o deducere teoretică destul de precisă pentru energiile de coeziune ale metalelor alcaline : continuumul pozitiv este de fapt o aproximare nu prea forțată numai în cazul în care ionii rețelei de cristal au o structură electronică cu coajă închisă , ca în cazul alcalin. Toate acestea se aplică densităților electronice tipice metalelor.
Pentru densități mai mici este clar, din nou datorită acestei modelări, că modalitatea de a minimiza energia sistemului este de a polariza rotirile electronilor și de a le localiza: energia fiecărui electron este, prin urmare, cea a stării de bază a un oscilator armonic cuantic (care descrie bine mișcarea oscilației în jurul sitului rețelei electronice) plus cel datorat potențialului de interacțiune reciprocă (minimizat în schimb prin alegerea geometrică convenabilă a rețelei).
În timp ce munca lui Wigner s-a bazat pe un calcul în esență al electrostaticii , abordarea modernă se bazează pe metodele de calcul Monte Carlo sau RPA ( aproximare a fazei aleatorii ) și dezvoltările experimentale recente (care au condus la dovezi ale localizării electronilor pe suprafața picăturilor de heliu lichid ) au suscitat în ultimul timp interesul pentru această stare neobișnuită a materiei.
În 2013 a fost realizat un cristal Wigner în laboratorul căruia a existat o confirmare indirectă [2] .
În 2021, cercetătorii ETH din Zürich aveau dovezi directe ale realizării cristalului folosind un semiconductor diselenid de molibden adus la temperaturi apropiate de 0 K [3] .
Notă
- ^ E. Wigner, Despre interacțiunea electronilor în metale , în Physical Review , vol. 46, 1934, p. 1002, bibcode : 1934PhRv ... 46.1002W , DOI : 10.1103 / PhysRev . 46.1002 .
- ^ S. Pecker, Observation and spectroscopy of a two-electron Wigner molecule in a ultraclean carbon nanotube , in Nature Physics , vol. 9, 2013, p. 576, bibcode : 1934PhRv ... 46.1002W , DOI : 10.1038 / nphys2692 .
- ^ Cristale numai electronice: cristale Wigner teoretizate pentru prima dată, teoretizate în 1934 , în hwupgrade.it , 6 iulie 2021. Adus 6 iulie 2021 .
Bibliografie
- GD Mahan, Many-particulic physics , 3. ed., Kluwer / Plenum Publishers, 2000, ISBN 0-306-46338-5 .
