維格納晶體的概念由普林斯頓大學(xué)教授尤金?維格納(Eugene Wigner)(注：1963 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者)于上世紀(jì)三十年代提出。

　　維格納認(rèn)為，在極低的溫度和較低密度下，電子之間的相斥作用可能會(huì)使電子自發(fā)排列成緊密堆積的電子晶體，這種晶體后來被命名為維格納晶體。

　　一般晶體的存在依賴各原子之間的吸引力，然而維格納晶體的形成完全基于電子間的斥力。因此被部分學(xué)者認(rèn)為是最迷人的物質(zhì)量子相之一。

　　自猜想提出后的九十年，維格納晶體一直沒有得到正面證實(shí)、研究人員在相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，但均未能直接證明該晶體的存在。

　　而在最近的實(shí)驗(yàn)中普林斯頓大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)嘗試使用掃描隧道顯微鏡對維格納晶體進(jìn)行直接成像，并采用完全沒有缺陷的石墨烯材料構(gòu)建產(chǎn)生維格納晶體的理想環(huán)境。

　　研究者將兩片石墨烯冷卻到不足絕對零度以上 1 開爾文，并施加垂直于兩片硬盤的磁場，在石墨烯薄層間創(chuàng)建二維電子氣系統(tǒng)。這樣的話就能對兩層石墨烯間的電子密度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

　　調(diào)節(jié)過程中，研究者發(fā)現(xiàn)，電子密度最低的時(shí)候，各電子處于無序狀態(tài);而當(dāng)電子密度提升至一檔的程度，它們開始形成有組織的晶格;如果電子密度進(jìn)一步提升，電子晶體就會(huì)轉(zhuǎn)化為電子液體。

　　在此過程中，掃描隧道顯微鏡成功對電子晶體進(jìn)行了直接成像，證明了維格納晶體的存在。

　　研究人員還發(fā)現(xiàn)了維格納晶體的一些其他特性：

　　電子會(huì)在晶格的一定區(qū)域中不斷“振動(dòng)”，而非固定在一個(gè)位置，這種運(yùn)動(dòng)同海森堡不確定性原理有關(guān)，顯示了該晶體的量子特性;

　　此外，維格納晶體為三角形構(gòu)型，可在一定密度區(qū)間中隨電子數(shù)量變化調(diào)整，具有一定的穩(wěn)定性。

　　普林斯頓大學(xué)的這項(xiàng)研究將有助于發(fā)現(xiàn)其他由電子集體行為形成的量子相。