Ny forskning publicerad i Naturkommunikation föreslår att elektroner i en tvådimensionell gas kan genomgå en halvordnad (nematisk) till mestadels ordnad (smektisk) fasövergång, som har diskuterats i fysikteorin men aldrig sett i praktiken tidigare.

"Tänk dig att vi kunde bygga en skridskobana för elektroner, och elektronerna var tvungna att röra sig längs ytan; de kunde inte röra sig upp och ner, så de var bara tvungna att åka skridskor runt varandra, "sa Michael Manfra, Bill and Dee O'Brien ordförande professor i fysik och astronomi vid Purdue. "När du kyler ner dem till mycket låga temperaturer och placerar dem i ett magnetfält, de liksom låser i takt med varandra; de ställer upp som soldater på ett slagfält. "

Purdue-teamet använde en tillväxtteknik med hög renhet, kallad molekylär stråle epitaxy, att odla ett halvledarmaterial (galliumarsenid) som begränsar elektroner till ett tvådimensionellt lager. Sedan kylde de ner provet till nära absolut noll i ett utspädningskylskåp. Spänningssonder längs ledarens längd uppmätt motstånd, som är en funktion av temperatur och magnetfält.

Forskarna tror att de inducerade en övergång från en nematisk till ett smektiskt tillstånd. För att få detta att hända, förhållandena måste vara perfekta - extremt kalla, på en mycket ren yta, i ett vinkelrätt magnetfält.

"Vid höga temperaturer, det ser isotropiskt ut, som elektroner som slumpmässigt dansar runt varandra, "Sa Manfra." När det börjar svalna, elektronerna låser sig i kolumner, och vi ser motståndet ta fart och toppa. När vi går till mycket låga temperaturer, det vänder igen. Detta indikerar en övergång från en nematisk till smektisk fas. "

Dessa resultat är inte vad teamet ursprungligen letade efter - det var en oavsiktlig upptäckt som hjälper dem att bättre förstå hur elektroner interagerar med varandra i kontrollerade miljöer. Upptäckter inom fysik sker ofta på detta sätt; under rätt förhållanden, allvarliga händelser kan inträffa.