پژوهش‌گران با استفاده از یک نانوسیم که پهنای آن قابل کنترل است، نوعی از بلور ویگنر را تولید کرده‌اند که الکترون‌های آن الگوی زیگزاگ منظمی را تشکیل می‌دهند.

یک بلور ویگنر آرایه‌ی فضاییِ منظمی از الکترون‌هاست که تاکنون در سیستم‌های دوبعدی معینی مشاهده شده است. انتظار می‌رود این رفتار در یک‌یعد هم اتفاق بیافتد اما شناسایی واضح یک بلور یک‌بعدی ویگنر کاری دشوار است. اکنون گروهی از پژوهش‌گران، بلور ویگنرِ «زیگزاگی» را مشاهده کرده‌اند که موردی مابین یک بلور دوبعدی و یک بلور یک‌بعدی است. این محققان زنجیره‌ای کج از الکترون‌ها را در یک نانوسیم با پهنای قابل تنظیم تولید کرده‌اند. اندازه‌گیری‌ها نشان می‌دهند که این الکترون‌ها قطبیده شده‌ و بلورهای ویگنر زیگزاگی را پیشنهاد می‌دهند که ممکن است کاربردهایی را در اسپین‌ترونیک بیابند.

همان‌طور که در سال ۱۹۳۴ پیش‌بینی شده بود، یک بلور ویگنر در گازی الکترونی رخ می‌دهد که دینامیک غالب آن اندرکنش کولنی مابین الکترون‌هاست. مطالعات پیشین نشانه‌هایی از بلورهای ویگنر یک‌بعدی داشته‌اند اما داده‌های بدست آمده نامشخص بوده‌اند چون حالات غیربلورین دیگری نیز وجود داشته که اثرات مشابهی را بدست داده‌اند. نظریه‌پردازان اخیراً نشان داده‌اند که چنان بلوری را می‌توان با تضعیف محدود‌شدگیِ الکترون‌های بدام افتاده در بلور یک‌بعدی بدست آورد. در نتیجه این الکترون‌‌ها می‌توانند در بعد دیگری گسترده شده و فاز ویگنرِ زیگزاگ را با ویژگی‌های اسپینیِ یکتا تشکیل دهند.

تسه مینگ چن (Tse-Ming Chen) از دانشگاه ملی چنگ کونک در تایوان و مایکل پپر (Michael Pepper) از کالج سلطنتی لندن و همکارانشان در آزمایش خود از یک نانوسیم استفاده کرده‌‌اند که پهنای موثر آن را می‌توان به شکل الکترونیکی کنترل کرد. در انتهای نانوسیم، یک قطعه‌ی مغناطیسی، الکترون‌های ساطع شده از نانوسیم را به روی آشکارساز متمرکز می‌کند. وقتی این پژوهش‌گران پهنای موثر نانوسیم‌ها را گسترش داده‌اند، محدودشدگیِ یک بعدی تضعیف شده و یک تک‌پیک در آشکارساز به دو پیک تبدیل شده است؛ ردپایی که نشان از یک بلور ویگنر زیگزاگ می‌دهد. این تیم موفق شده‌اند این تفسیر را با اندازه‌گیری اسپین الکترون‌ها تایید کرده و نشان دهند که الکترون‌ها دقیقاً مطابق مدل‌های نظری که برای یک بلور ویگنر پیش‌بینی‌شده، قطبیده شده‌اند.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز به چاپ رسیده است.

درباره‌ی نویسنده:

مایکل شربر کمک ویراستار مجله فیزیک در لیون فرانسه است.

منبع:

Detection of a Zigzag Wigner Crystal