4 月 17 日消息，美国普林斯顿大学的物理研究人员近日首次直接观察到了完全由电子组成的维格纳晶体。

维格纳晶体的概念由普林斯顿大学教授尤金・维格纳（Eugene Wigner）（1963 年诺贝尔物理学奖获得者）于上世纪三十年代提出。

▲ 扫描隧道显微镜拍摄到的维格纳晶体照片，每个蓝色部分对应一个电子。图源普林斯顿大学官网

维格纳认为，在极低的温度和较低密度下，电子之间的相斥作用可能会使电子自发排列成紧密堆积的电子晶体，这种晶体后来被命名为维格纳晶体。

一般晶体的存在依赖各原子之间的吸引力，然而维格纳晶体的形成完全基于电子间的斥力。因此被部分学者认为是最迷人的物质量子相之一。

自猜想提出后的九十年，维格纳晶体一直没有得到正面证实、研究人员在相关领域进行了一系列实验，但均未能直接证明该晶体的存在。

而在最近的实验中普林斯顿大学的研究团队尝试使用扫描隧道显微镜对维格纳晶体进行直接成像，并采用完全没有缺陷的石墨烯材料构建产生维格纳晶体的理想环境。

研究者将两片石墨烯冷却到不足绝对零度以上 1 开尔文，并施加垂直于两片硬盘的磁场，在石墨烯薄层间创建二维电子气系统。这样的话就能对两层石墨烯间的电子密度进行调节。

调节过程中，研究者发现，电子密度最低的时候，各电子处于无序状态；而当电子密度提升至一档的程度，它们开始形成有组织的晶格；如果电子密度进一步提升，电子晶体就会转化为电子液体。

在此过程中，扫描隧道显微镜成功对电子晶体进行了直接成像，证明了维格纳晶体的存在。

研究人员还发现了维格纳晶体的一些其他特性：

电子会在晶格的一定区域中不断“振动”，而非固定在一个位置，这种运动同海森堡不确定性原理有关，显示了该晶体的量子特性；

此外，维格纳晶体为三角形构型，可在一定密度区间中随电子数量变化调整，具有一定的稳定性。

普林斯顿大学的这项研究将有助于发现其他由电子集体行为形成的量子相。