Wigner-Kristall

Ein Wigner-Kristall ist die kristalline Phase des Elektrons, die zuerst von Eugene Wigner 1934 als Grundzustand eines Systems wechselwirkender Elektronen vorhergesagt wurde. Dabei nehmen die Elektronen jeweils möglichst weit voneinander entfernte Positionen ein. Bei gegebener Dichte führt das zur Anordnung der Elektronen in einem regelmäßigen Gitter. Diese Phase tritt auf, wenn die Dichte und Temperatur der Elektronen ausreichend niedrig sind.

Wigner-Kristalle konnten experimentell bisher nur in zweidimensionalen (2D) Situationen realisiert werden: einerseits für Elektronen auf einem Film flüssigen Heliums, andererseits in dem 2D-Elektronengas an der Grenzfläche zwischen zwei Halbleiter-Heterostrukturen. Im 2D-Wigner-Kristall bilden die Elektronen ein Dreiecksgitter, wie theoretisch 1976 von Günther Meißner und Mitarbeitern vorhergesagt wurde.

Ein Magnetfeld senkrecht zur Ebene der Elektronen kann verwendet werden, um die Elektronen stärker zu lokalisieren (in den Landau-Niveaus). Dies ermöglicht die Kristallisation bei höheren Elektronendichten.

Literatur

• Eugene Wigner: On the Interaction of Electrons in Metals. In: Physical Review, Band 46, Nr. 11, 1934, 1002–1011, doi:10.1103/PhysRev.46.1002 (englisch).
• Daijiro Yoshioka: The Quantum Hall Effect. In: Springer Series in Solid-State Sciences, Band 133. Springer, Berlin u. a. 1998, ISBN 3-540-43115-2 (englisch).
• Yen-Chen Tsui, Minhao He, Yuwen Hu, Ethan Lake, Taige Wang, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Michael P. Zaletel, Ali Yazdani: Direct observation of a magnetic-field-induced Wigner crystal. In: Nature, Band 628, 10. April 2024, S. 287–292; doi:10.1038/s41586-024-07212-7 (englisch). Dazu:
  • Michelle Starr: Physicists Finally Capture Mysterious Wigner Crystal After 90 Years. Auf: sciencey^alert vom 11. April 2024.

Weblinks

• Nature Durch Abkühlung auf wenige Grad über den absoluten Nullpunkt erzeugtes Bild eines Wigner-Kristall
• Thorsten Krome: Kristalle aus Elektronen
• Wigner Crystal (Memento vom 20. November 2008 im Internet Archive)
• Classical Wigner crystals move on. Physics World, Januar 2002 (englisch).