Nieuw onderzoek gepubliceerd in Natuurcommunicatie suggereert dat elektronen in een tweedimensionaal gas een semi-geordende (nematische) naar meestal geordende (smectic) faseovergang kunnen ondergaan, die in de natuurkundetheorie is besproken, maar nog nooit in de praktijk is gezien.

"Stel je voor dat we een ijsbaan voor elektronen zouden kunnen bouwen, en de elektronen moesten langs het oppervlak bewegen; ze konden niet op en neer bewegen, dus ze moesten gewoon om elkaar heen schaatsen, " zei Michael Manfra, de Bill en Dee O'Brien leerstoel hoogleraar natuurkunde en astronomie aan Purdue. "Als je ze afkoelt tot zeer lage temperaturen en ze in een magnetisch veld plaatst, ze sluiten als het ware in de pas met elkaar; ze stellen zich op als soldaten op een slagveld."

Het Purdue-team gebruikte een zeer zuivere groeitechniek, moleculaire bundelepitaxie genoemd, om een ​​halfgeleidermateriaal (galliumarsenide) te laten groeien dat elektronen opsluit in een tweedimensionale laag. Daarna koelden ze het monster af tot bijna het absolute nulpunt in een verdunningskoelkast. Spanningssondes langs de lengte van de geleider gemeten weerstand, wat een functie is van temperatuur en magnetisch veld.

De onderzoekers denken dat ze een overgang van een nematische naar een smectische toestand hebben veroorzaakt. Om dit te laten gebeuren, omstandigheden moesten perfect zijn – extreem koud, op een zeer schoon oppervlak, in een loodrecht magnetisch veld.

"Bij hoge temperaturen het ziet er isotroop uit, als elektronen die willekeurig om elkaar heen dansen, " zei Manfra. "Als het begint af te koelen, de elektronen vergrendelen in kolommen, en we zien de weerstand stijgen en pieken. Als we dan naar zeer lage temperaturen gaan, het draait weer om. Dit duidt op een overgang van een nematische naar smectische fase."

Deze resultaten zijn niet waar het team oorspronkelijk naar op zoek was - het was een toevallige ontdekking die hen helpt beter te begrijpen hoe elektronen met elkaar omgaan in gecontroleerde omgevingen. Ontdekkingen in de natuurkunde gebeuren vaak op deze manier; onder de juiste omstandigheden, toevallige gebeurtenissen kunnen optreden.