En la vida cotidiana, los electrones que componen un fluido, como el aire o el agua, se deslizan caóticamente a través de la materia. Pero hace más de 90 años, el aclamado físico Eugene Wigner predijo matemáticamente que a muy baja temperatura y densidad, el movimiento de los electrones se detendría y se congelaría en su lugar para formar lo que él denominó ‘hielo de electrones’, evidencia de que existe hielo de electrones, nadie había podido imaginarlo, hasta ahora.
El patrón en forma de alas de mariposa que se ve arriba es la primera imagen de un llamado “cristal Wigner”, que estaba intercalado entre dos capas semiconductoras muy delgadas, como se ve a través del “ojo” de un microscopio de efecto túnel (STM). El espacio entre los electrones individuales que puede ver en la imagen es aproximadamente 100 veces mayor que la separación de átomos en las láminas de semiconductores.
El avance fue logrado por investigadores de la Universidad de California en Berkeley, la Universidad de Cornell, la Universidad Estatal de Arizona y el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales en Tsukuba, Japón, pero esta no fue una tarea fácil. Con el fin de persuadir a los electrones de flujo libre para que formen hielo de electrones, los físicos colocaron capas de un solo átomo de disulfuro de tungsteno y diselenuro de tungsteno, dos semiconductores muy similares, muy cerca uno del otro. Se aplicó un campo eléctrico para reducir la densidad de electrones entre las dos capas, de modo que otros electrones no causen perturbaciones. Finalmente, toda la configuración se enfrió a unos 5 grados Kelvin, que está cerca del cero absoluto. Cuando la temperatura es tan baja, el movimiento de los electrones casi se detiene, manteniéndolos perfectamente en su lugar para una bonita foto familiar.
El desafío final fue la obtención de imágenes del cristal, que se “derretía” cada vez que los científicos encendían el STM. Se encontró una solución: cubrir todo el dispositivo experimental con una hoja de grafeno, que actúa como un papel fotográfico que registra la ubicación de cada electrón individual.
Cuando se encendió el STM esta vez, la hoja de grafeno se grabó con la ubicación de electrones perfectamente ordenados, perfectamente dispuestos en una rejilla en forma de panal, una estructura típica de los cristales. Es una medida indirecta, pero que prueba sin lugar a dudas que los cristales de Wigner existen.
La estructura ordenada se debe a las fuerzas repulsivas electrostáticas entre los electrones cargados negativamente y al hecho de que la energía cinética de las partículas es menor que su energía repulsiva. Los físicos llaman a esto un sistema de electrones poderosamente correlacionados.
Fuente: ZME Science.
