Em 1934, o físico teórico Eugene Wigner propôs um novo tipo de cristal. Caso fosse possível manter a densidade dos elétrons carregados negativamente abaixo de um certo nível, as partículas subatômicas poderiam ser mantidas em um padrão repetitivo para criar um cristal de elétrons. Esse cristal ficou conhecido como cristal de Wigner.
No entanto, os elétrons são inquietos, e fazê-los parar é extremamente difícil. Mas agora, após 86 anos da proposição de Wigner, uma equipe de físicos conseguiu fazer isso – prendendo-os entre um par de camadas semicondutoras de tungstênio bidimensionais. Os resultados foram publicados na revista Nature.
Cristais comuns, como quartzo ou diamante, são formados por uma rede de átomos dispostos em uma estrutura de grade repetitiva tridimensional fixa. Pela ideia de Wigner, os elétrons poderiam ser dispostos de forma parecida para formar um cristal sólido, mas apenas se eles estivessem estacionários.
Estrutura de cristais comuns é tridimensional fixa, diferentemente de cristais de elétrons. Imagem: Dids/Pexels
Se a densidade dos elétrons for baixa o bastante, a repulsão de Coulomb entre elétrons de mesma carga produz energia potencial que deve dominar sua energia cinética, fazendo com que eles parem. Essa é a parte difícil do processo.
“Os elétrons são mecânicos quânticos. Mesmo que você não faça nada com eles, eles estão se mexendo espontaneamente o tempo todo”, afirmou o físico Kin Fai Mak, da Universidade Cornell. “Um cristal de elétrons teria realmente a tendência de derreter porque é muito difícil manter os elétrons fixos em um padrão periódico”.
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