Wigner Jenő egy nyolcvanéves jóslatát sikerült igazolniuk magyar és izraeli kutatóknak. A Nobel-díjas fizikus által megjósolt "Wigner-kristályt" (elektronok alkotta, különleges kvantumkristályt) egy szén nanocsőben figyelték meg.

A kvantum- és nanotechnológia területén jelent lényeges előrelépést az a felfedezés, amelyet az MTA-BME Lendület Egzotikus Kvantumfázisok Kutatócsoport és az MTA Wigner FK Lendület Erősen Korrelált Rendszerek Kutatócsoport kutatói az izraeli Weizmann Intézet csapatával közösen publikáltak a Science folyóiratban, Wigner Jenő mintegy 80 éve tett jóslatát igazolva - közölte az MTI-vel hétfőn a Magyar Tudományos Akadémia (MTA).

Wigner Jenő feltevése szerint az elektronok képesek szabályos kvantumkristályt alkotni, ha a közöttük lévő Coulomb-kölcsönhatás elegendően erős. A kutatóknak ezt az úgynevezett Wigner-kristályt sikerült megfigyelniük egy szén nanocsőben kísérletek és részletes numerikus szimulációk ötvözésével.

Az MTA közleménye emlékeztet arra, hogy híg elektrongázokban megnő a Coulomb-kölcsönhatás szerepe, az elektronoknak hatalmas energiába kerül ugyanis, ha két részecske egy helyen tartózkodik. Wigner Jenő ezért azt jósolta, hogy ezt elkerülendő az elektronok abszolút 0 fokos hőmérsékleten kristályba rendeződnek.

Habár az elmúlt csaknem egy évszázadban óriási verseny folyt annak érdekében, hogy nagy tisztaságú anyagokban vagy azok felületén megvalósítható legyen az anyag e törékeny kvantummechanikai állapota, mindezidáig csak a magas hőmérsékleten kialakuló, úgynevezett klasszikus Wigner-kristály létezését tudták meggyőzően kísérletileg bizonyítani. A mostani felfedezés az első, ahol közvetlenül sikerült megfigyelni az alacsony hőmérsékleten kialakuló kvantumkristály töltésmintázatát - hangsúlyozza a kommüniké.

A felfedezés egy új kísérleti módszeren alapul: a kialakuló kristály rendkívül "törékeny", ezért az izraeli kutatók egyetlen elektron töltését használták "puha" érzékelőként, és azzal tapogatták le a nanocsőben kialakuló kristály térbeli szerkezetét.

"Az új kísérleti elrendezésben mind a mérő-, mind pedig a mérni kívánt rendszert egy-egy nanocső alkotja" - idézi a közlemény Zaránd Gergelyt, az MTA-BME Lendület Egzotikus Kvantumfázisok Kutatócsoport vezetőjét.

A vizsgált nanocsövön az elektronok számát és az őket fogva tartó potenciált elektródák segítségével kontrollálják, a mérőfejként használt nanocsővel végigpásztázva a rendszert pedig az elektronok töltéseloszlása és kvantummechanikai hullámfüggvénye közvetlenül meghatározható. A rendszerbe egy-, két-, három-, stb. számú elektront téve a töltéseloszlásban egy-, két-, három-, stb. számú, egymástól néhány nanométeres távolságban elhelyezkedő csúcs figyelhető meg.

Annak eldöntése, hogy a kialakult kvantummechanikai állapot milyen kölcsönhatások eredményeként jött létre, elméleti számítások és numerikus szimulációk elvégzését igényelte. Ezeket, a kísérleti eredmények értelmezéséhez szükséges kvantumelméleti számításokat a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) és az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatói végezték, a legmodernebb kvantumkémiai módszereket alkalmazva a szén nanocső leírására.

"Az elvégzett, úgynevezett DMRG számítások már önmagukban is nagy áttörést jelentenek a területen. Számos olyan új algoritmikus megoldást fejlesztettünk ki, mely nélkül a számításokat nem lehetett volna elvégezni" - számolt be Legeza Örs, az MTA Wigner FK Lendület Erősen Korrelált Rendszerek Kutatócsoport vezetője.

Az elméleti számítások révén meghatározott elektron-kristályszerkezet struktúrája nem várt pontossággal mutatott egyezést a mérési eredményekkel, ezzel igazolva, hogy az új kvantumos fázis valóban a Wigner Jenő által megjósolt kvantumkristály - áll az MTA közleményében.

További leírás az MTA oldalán.


Forrás: MTI
MTI 2019. július 8., hétfő 17:11

Kulcsszavak

MTI, MTA, BME, Wigner Jenő, Wigner-kristály, elektron

Hozzászólások:

Nincs hozzászólás ehhez a cikkhez.

A hozzászóláshoz be kell jelentkeznie.

 

Egészségügyi egyetemi szóvivői és kommunikációs képzés indul szeptembertől

A Soproni Egyetem egészségügyi szóvivő és kommunikációs tanácsadó szakot hirdet 2019. szeptemberétől. A szóvivőképzés két féléves, Budapesti helyszínű, teljes értékű egyetemi diplomát ad a sikeres elvégzést és államvizsgát követően. 

Tovább

53 százalékkal csökkentek az erdőben élő gerincesek populációi 50 év alatt

Több mint felére csökkenetek az erdőben élő gerinces állatok populációi az elmúlt 50 év alatt az erdők biodiverzitásáról a Természetvédelmi Világalap (WWF)vezetésével készült első globális állapotfelmérés szerint.

Tovább

Nyolc-tíz tonna hulladéktól mentesítették a Felső-Tiszát a PET kupán

Nyolc-tíz tonna hulladéktól mentesítették a Felső-Tisza Tivadar és Záhony közötti szakaszát a PET kupa idei résztvevői

Tovább

Súlyos hatásai lesznek a klímaváltozásnak Izraelben

Baruch Rinkovics professzor szerint az emberek nem értik, hogy nem csak a jegesmedvékről és a gleccserekről van szó, hanem az életükről is: a belélegzett levegőről, az ételről, a vízről, a tengerről, az évszakokról, az életminőségről.

Tovább