Bazel Universiteti və Münhen Texniki Universitetinin tədqiqatçıları, maddənin ən anlaşılmaz formalarından biri olan Viqner kristalının içərisində elektronların necə birlikdə hərəkət etdiyini araşdırmaq üçün yeni bir yol tapdılar. Fiziklər bu incə kvant vəziyyətini araşdırmaq üçün işıqdan istifadə etməklə əvvəllər müşahidə edilməsi olduqca çətin olan xüsusiyyətləri aşkar etdilər.

Elektronlar ikiölçülü müstəvi ilə məhdudlaşdırıldıqda və kifayət qədər güclü qarşılıqlı təsir göstərdikdə, adi elektronlardan çox fərqli davranmağa başlaya bilərlər. Müstəqil hərəkət etmək əvəzinə, özlərini adi kristaldakı atomların nizamlı quruluşuna bənzər təkrarlanan bir naxışa çevirirlər.

Bu qeyri-adi düzülüş Viqner kristalı adlanır. Alimlər onu onilliklərdir araşdırırlar, çünki kristal quruluşu onları ehtiva edən materialın əsas strukturu ilə deyil, elektronların özləri arasındakı qarşılıqlı təsirlər nəticəsində yaranır.

Tədqiqatçılar artıq müxtəlif fiziki sistemlərdə Viqner kristallarını aşkar etsələr də, onların içərisində nə baş verdiyini anlamaq daha çətin olub. Alimlər elektronlarının necə birgə hərəkət etdiyini, bir-biri ilə qarşılıqlı təsir göstərdiyini və xarici təsirlərə necə reaksiya verdiyini birbaşa araşdırmaqda çətinlik çəkiblər.

Viqner Kristalını Tədqiq Etmək Üçün İşıqdan İstifadə

Bazel Universitetində professor Tomaş Smolenskinin rəhbərlik etdiyi eksperimental tədqiqatçılar, Nature Physics jurnalında dərc olunmuş bir araşdırmada , mütləq sıfırdan cəmi bir neçə dərəcə yuxarı soyudulmuş volfram diselenidin tək bir atom təbəqəsini araşdırdılar.

Komanda materialı işıqlandırıb və ondan əks olunan işığı diqqətlə təhlil edib. Bu ölçmələr Viqner kristalının içərisindəki elektronların kollektiv davranışı haqqında məlumat ehtiva edən əvvəllər görünməmiş optik xüsusiyyətləri aşkar edib.

Siqnallar nizamlı elektronlar və materialda işığın yaratdığı həyəcanlanmalar arasındakı qarşılıqlı təsirlərdən, yəni eksitonlardan yaranır. Birlikdə bu komponentlər Viqner kristal polyaronları adlanan hibrid kvazipartiküllər əmələ gətirir. Bu kvazipartiküllər həm kristalın özünü, həm də onun daxilində baş verən kollektiv hərəkəti aşkar edə bilən yüksək həssas optik zondlar kimi xidmət edir.

“Ölçmələrimiz göstərir ki, işıq sadəcə bu ekzotik vəziyyətin mövcudluğunu aşkarlamaqdan daha çox şey edə bilər – bu, vəziyyətin daxildə necə davrandığını da ortaya çıxara bilər”, – deyə təcrübələri Smoleńskinin qrupunda doktorantura tələbəsi Ferdinand Menzel ilə birlikdə aparan Bazel Universitetindən ilk müəllif Dr. Lujun Wang bildirib.

Smoleński əlavə edir ki, “Bu, bizə elektron kristalların kollektiv həyəcanlanmalarını öyrənmək üçün güclü yeni bir vasitə verir, əks halda əldə edilməsi olduqca çətin olacaq”, – deyə Smoleński əlavə edir.

Elektron Qarşılıqlı Təsirlər Optik Siqnalları Formalaşdırır

Tədqiqatçılar həmçinin elektronlar arasındakı qarşılıqlı təsirlərin gücünün müşahidə etdikləri optik imzalara təsir etdiyini aşkar etdilər. Bu əlaqə siqnalları, materialın davranışının təkbaşına hərəkət edən fərdi hissəciklərdən deyil, bir çox hissəciklər arasındakı qarşılıqlı təsirlərdən qaynaqlandığı güclü korrelyasiyalı sistemləri araşdırmaq üçün xüsusilə faydalı edə bilər.

Təcrübə nəticələrini izah etmək üçün Münhen Texniki Universitetinin (TUM) professoru Maykl Knapın rəhbərlik etdiyi nəzəri qrup Viqner kristal polyaronlarının əmələ gəlməsini təsvir edən bir model hazırladı. Onların işi bu kvazipartiküllərin optik olaraq yaradılan eksitonların kristaldakı elektronların kollektiv hərəkəti ilə necə birləşməsi yolu ilə necə əmələ gəldiyini izah edir.

Güclü Korrelyasiyalı Kvant Maddəsinə Yeni Baxış

TUM-un doktorantı Fabian Pichler izah edir: “Xüsusilə həyəcanverici olan odur ki, bu siqnallar yalnız elektronların necə düzüldüyü barədə deyil, həm də onların kvant dinamikası haqqında məlumat daşıyır. Bu, bizə eksperimental müşahidələri birbaşa əsas çoxcisim fizikası ilə əlaqələndirməyə imkan verir.”

Tapıntılar göstərir ki, atom baxımından nazik materiallar elektronların nizamlı kvant vəziyyətləri daxilində necə kollektiv hərəkət etdiyini müşahidə etmək üçün xüsusilə faydalı bir platforma təmin edə bilər. Bu gizli dinamikanın öyrənilməsini asanlaşdırmaqla, bu yanaşma alimlərə güclü korrelyasiya olunmuş maddə və bir çox hissəcik qarşılıqlı təsir göstərdikdə ortaya çıxan mürəkkəb davranış haqqında daha dərindən məlumat əldə etməyə kömək edə bilər.