Direkter Nachweis von Wigner-Kristallen
Neue Theorie schlägt Terahertz-Strahlung für die Analyse der Elektronenkristalle vor.
Kristalle müssen nicht aus Atomen bestehen – auch Elektronen können Kristalle bilden, wenn sie sich in einem regelmäßigen Gitter anordnen. Das ist bereits in hauchdünnen Halbleitern gelungen, die nur eine Atomlage dick sind. Terahertz-Strahlung eignet sich dazu, solche zweidimensionalen Kristalle nachzuweisen. Das zeigen Modellrechnungen der Marburger Physiker Samuel Brem und Ermin Malic. „Es handelt sich um eine exotische Quantenphase der Materie“, legt Malic dar. „Solche Wigner-Kristalle in atomdünnen Nanomaterialien sind ein heißes Thema in der aktuellen Forschung.“
Für die Existenz von Wigner-Kristallen wurden bislang eher indirekte Nachweise genutzt. „Ein direkter, zuverlässiger und schlüssiger experimenteller Beweis für den Wigner-Kristall konnte bisher jedoch nicht erbracht werden“, erklärt Samuel Brem. Genau hier setzen die beiden Marburger Physiker an. Sie schlagen vor, Terahertz-Strahlung für den Nachweis zu nutzen. Malic und Brem entwickelten dazu ein theoretisches Modell, um einerseits die Beschaffenheit und die optischen Eigenschaften des Wigner-Kristalls zu beschreiben; andererseits dient die Theorie dazu, die Form des erhaltenen Terahertz-Spektrums zu analysieren.
„Unsere Berechnungen zeigen, dass das Antwortspektrum von einschichtigen Wigner-Kristallen auf eine Terahertz-Bestrahlung als eindeutiger Fingerabdruck verwendet werden kann“, berichten die Forscher. Sie sagen das Auftreten einer Reihe von Terahertz-Resonanzen voraus, die verschiedene atomar dünne Materialien kennzeichnen; „unsere Ergebnisse lassen sich auf ein beliebiges zweidimensionales System verallgemeinern“, sagen die Marburger Physiker.
U. Marburg / JOL
