Світло розкрило таємниці кристала Вігнера: прорив фізиків

Фізики з Базельського університету та Технічного університету Мюнхена здійснили прорив у дослідженні одного з найзагадковіших квантових станів — кристала Вігнера. Їм вдалося за допомогою світлового випромінювання виміряти властивості цієї надзвичайно крихкої структури, що донедавна вважалася майже недоступною для прямого спостереження.

Концепцію кристала Вігнера теоретично передбачив фізик Юджин Вігнер ще 1934 року. Це особлива тверда фаза, у якій електрони за дуже низької щільності вибудовуються у впорядковану решітку. Оскільки потенційна енергія частинок значно переважає їхню кінетичну енергію, електрони прагнуть мінімізувати взаємодію та самоорганізовуються в регулярні структури — від тривимірних ґраток до одновимірних ланцюжків. Попри майже столітню історію вивчення, внутрішня поведінка цієї системи та її реакція на зовнішні впливи залишалися малодослідженими.

Під керівництвом доцента Томаша Смоленського дослідники охолодили моношар диселеніду вольфраму до температури, що лише незначно перевищує абсолютний нуль — мінус 273,15 градуса Цельсія. Після цього зразок опромінили лазерним променем. Світло генерувало екситони, які, взаємодіючи з упорядкованими електронами, утворювали гібридні квазічастинки — полярони. Саме ці полярони стали високоточними оптичними зондами, що дозволили зазирнути всередину квантової системи.

Експеримент продемонстрував, що оптичні характеристики досліджуваної системи безпосередньо залежать від сили міжелектронної взаємодії. Отримані сигнали містять інформацію не лише про просторове розташування частинок, а й про їхню квантову динаміку.

На думку авторів роботи, застосування матеріалів атомарної товщини відкриває нові перспективи для вивчення складних квантових систем та сильно корельованої матерії. Результати дослідження опубліковані у авторитетному науковому журналі Nature Physics.