इतिहास में पहली बार वैज्ञानिकों ने केवल इलेक्ट्रॉनों से मिलकर एक विग्नर क्रिस्टल प्राप्त करने में कामयाबी हासिल की
इतिहास में पहली बार, ETH ज्यूरिख के इंजीनियरों ने एक वास्तविक क्रिस्टल प्राप्त करने में कामयाबी हासिल की, जिसमें विशेष रूप से इलेक्ट्रॉन होते हैं। तथाकथित विग्नर क्रिस्टल की सैद्धांतिक रूप से 90 साल पहले भविष्यवाणी की गई थी, लेकिन अब केवल उन्हें सीधे अर्धचालक सामग्री में देखा जा सकता है।
इलेक्ट्रॉनों से क्रिस्टल बनाना और उनका निरीक्षण करना कैसे संभव था?
सामान्य परिस्थितियों में, इलेक्ट्रॉनों का व्यवहार एक तरल के व्यवहार जैसा दिखता है जो एक सामग्री के माध्यम से स्वतंत्र रूप से बहता है। लेकिन पहले से ही 1934 में, सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी यू। विग्नर ने एक सिद्धांत तैयार किया जिसके अनुसार इलेक्ट्रॉनों का एक समूह एक ठोस रूप में क्रिस्टलीकरण करने में काफी सक्षम है, एक चरण का निर्माण करता है जिसे अब विग्नर क्रिस्टल के रूप में जाना जाता है।
तो, सिद्धांत के अनुसार, इसके लिए आपको इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण और गति की ऊर्जा जैसे बलों के बीच आदर्श संतुलन को "पकड़ने" की आवश्यकता है।
तो गति की ऊर्जा एक बहुत अधिक शक्तिशाली कारक है जो विभिन्न दिशाओं में इलेक्ट्रॉनों को उछाल देती है। लेकिन अगर इस बल को कम किया जा सकता है (विग्नर की धारणा के अनुसार), तो प्रतिकारक बल का इलेक्ट्रॉनों पर अधिक प्रभाव पड़ेगा और इस प्रकार, उन्हें एक सजातीय जाली में बंद कर देगा।
इसलिए कई दशकों में, इंजीनियरों के विभिन्न समूहों ने विग्नर के सिद्धांत की पुष्टि करने और इलेक्ट्रॉनों से मिलकर एक क्रिस्टल बनाने की कोशिश की, लेकिन यह एक मुश्किल काम निकला।
आखिरकार, इसके लिए आपको इलेक्ट्रॉनों के घनत्व को कम करने की आवश्यकता है। इसके अलावा, उन्हें "जाल" में तय किया जाना चाहिए, और उन पर बाहरी कारकों के प्रभाव को कम करने के लिए पूर्ण शून्य के करीब तापमान तक ठंडा किया जाना चाहिए।
विग्नर क्रिस्टल कैसे प्राप्त किया गया था
और केवल ईटीएच ज्यूरिख के वैज्ञानिक विग्नर क्रिस्टल प्राप्त करने के लिए सभी आवश्यकताओं को पूरा करने में कामयाब रहे। तो इलेक्ट्रॉनों को सीमित करने के लिए, मोलिब्डेनम डिसेलेनाइड की एक मोनोएटोमिक शीट का उपयोग किया गया था, जो प्रभावी रूप से इलेक्ट्रॉनों को दो आयामों तक सीमित कर देता था।
इलेक्ट्रॉनों की संख्या को नियंत्रित करने के लिए, इंजीनियरों ने इस सामग्री को दो ग्राफीन इलेक्ट्रोड के बीच जकड़ दिया और एक न्यूनतम वोल्टेज लगाया। और इसलिए इस संरचना को लगभग पूर्ण शून्य तक ठंडा कर दिया गया।
तो, इस तरह के जोड़तोड़ के परिणामस्वरूप, विग्नर क्रिस्टल दिखाई दिया। लेकिन यह केवल आधी लड़ाई थी, क्योंकि इलेक्ट्रॉनों के बीच की दूरी इतनी छोटी (लगभग 20 नैनोमीटर) निकली कि क्रिस्टल को माइक्रोस्कोप से देखना असंभव था।
क्रिस्टल की कल्पना करने के लिए, वैज्ञानिकों ने एक नई विधि लागू करने का निर्णय लिया। सामग्री पर प्रकाश की एक धारा को एक निश्चित आवृत्ति के साथ निर्देशित करने का निर्णय लिया गया ताकि प्रकाश उत्सर्जित करने वाले अर्धचालक में तथाकथित "उत्तेजनाओं" के उत्तेजना की प्रक्रिया शुरू करें वापस।
यदि विग्नर क्रिस्टल मौजूद हैं, तो प्रकाश को वापस परावर्तित करने पर एक्सटिशन स्थिर दिखना चाहिए।
इसके अलावा, इस प्रभाव को उत्तेजनाओं की देखी गई उत्तेजना आवृत्तियों में प्रकट होना चाहिए, और यह वही है जो वैज्ञानिकों ने विग्नर क्रिस्टल प्राप्त करने के लिए अपने प्रयोग के दौरान देखा था।
वैज्ञानिकों ने नेचर जर्नल के पन्नों पर किए गए काम के नतीजे साझा किए हैं।
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