Pour la première fois, des physiciens imagent des cristaux moléculaires de Wigner

Quand un certain nombre de conditions sont réunies, les électrons peuvent être « figés » et former une structure solide étrange, que des chercheurs de Berkeley ont récemment imagée pour la première fois.

Le cristal moléculaire de Wigner

Les électrons se comportent habituellement comme un liquide désordonné, circulant plus ou moins librement dans un matériau. Il y a 90 ans, le physicien théoricien Eugene Wigner avait prédit que de telles particules pourraient se cristalliser sous une forme solide dans des conditions spécifiques, formant une phase connue sous le nom de cristal de Wigner, confirmée expérimentalement en 2021.

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Aujourd’hui, une équipe américaine a observé pour la première fois une structure apparentée appelée cristal moléculaire de Wigner, composée de minuscules groupes d’électrons plutôt que de particules individuelles.

Pour créer ces cristaux, les chercheurs avaient besoin d’un nouveau cadre qui retiendrait les électrons afin qu’ils forment des « molécules ». Décrit dans la revue Science, celui-ci se compose d’une couche de nitrure de bore hexagonal de 49 nanomètres d’épaisseur, surmontée de deux couches de disulfure de tungstène d’un atome d’épaisseur chacune.

Lorsque de petites quantités d’électrons ont été exposées à des températures proches du zéro absolu, afin de réduire leur énergie de mouvement, leur « répulsion électrostatique » a pris le dessus, les figeant essentiellement sous la forme d’un réseau uniforme. Celui-ci a ensuite été « dopé » avec d’autres particules subatomiques et, comme prévu, des groupes de deux à trois particules se sont accumulés dans chacune de ses mailles, formant ainsi l’insaisissable cristal moléculaire de Wigner.

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Microscopie à effet tunnel

Son observation a également constitué un défi. Alors que des microscopes à effet tunnel sont généralement utilisés à une telle échelle, le champ électrique qu’ils produisent avait tendance à perturber l’arrangement délicat des électrons. En le réduisant au minimum, les chercheurs sont parvenus à obtenir les premières images du phénomène.

L’équipe prévoit de mener prochainement de nouvelles expériences, qui devraient permettre d’identifier de potentielles applications pour ces étranges cristaux.

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