Физики из Базельского университета и Мюнхенского технического университета разработали оптический метод, который позволяет изучать внутреннюю динамику вигнеровского кристалла – экзотического состояния материи, где электроны образуют собственную упорядоченную решётку.
Вигнеровский кристалл возникает, когда электроны в двумерном слое материала из-за сильного взаимного отталкивания выстраиваются в правильную структуру, подобную атомной. Её формируют сами электроны, а не ионы решётки вещества-носителя. Наблюдать за коллективным движением электронов в таком состоянии до сих пор было крайне сложно.
В эксперименте, результаты которого опубликованы в Nature Physics, исследователи работали с монослоем диселенида вольфрама, охлаждённым почти до абсолютного нуля. Учёные освещали образец и анализировали свет, который он отражал.
В отражённом спектре они обнаружили новые оптические сигналы. Физики установили, что эти сигналы появляются, когда с упорядоченными электронами кристалла взаимодействуют экситоны – квазичастицы, которые рождаются в материале под действием света. Это взаимодействие порождает гибридные квазичастицы, которые назвали поляронами вигнеровского кристалла.
Именно эти поляроны служат чувствительным зондом, который несёт информацию как о самой электронной решётке, так и о коллективных процессах в ней. Сила оптического отклика, как выяснилось, напрямую зависит от того, насколько сильно взаимодействуют электроны в кристалле.
Теоретики из Мюнхена разработали модель, которая объясняет результаты эксперимента и описывает, как экситоны связываются с коллективными колебаниями электронной решётки. Новый метод позволяет напрямую наблюдать за квантовой динамикой в сильно коррелированных системах, где свойства материала определяет сложное взаимодействие множества частиц.
