維格納晶體是一種完全由電子組成的奇特晶體。美國普林斯頓大學等機構的研究人員近日報告說，他們首次實現了對雙層石墨烯薄片中的維格納晶體的直接成像。這是迄今最清晰的維格納晶體成像，對推動量子材料等領域的發展具有重要意義。
美籍匈牙利裔物理學家尤金·維格納在90年前基于量子力學提出理論預測：在極低的溫度和密度條件下，電子之間的相互斥力會使它們自發形成一種緊密排列的晶體結構（晶格），即維格納晶體。但由于誘導電子形成晶體十分困難，此前大多數對維格納晶體的研究都依賴于間接證據，此次能對維格納晶體直接成像，進一步證實了90年前的理論預測。
據英國《新科學家》周刊報道，普林斯頓大學研究人員領銜的團隊利用兩層僅有一個原子厚度的石墨烯薄片制造出維格納晶體。研究人員確認這些石墨烯的原子晶格沒有任何缺陷，以消除其中的電子被“卡住”的風險。為了降低電子的動能，他們將雙層石墨烯薄片冷卻到接近絕對零度，并將其置于強磁場中。
研究使用的成像設備是高分辨率的掃描隧道顯微鏡，工作原理是用顯微鏡的金屬探針在樣品表面掃描，并使探針和樣品之間形成納米級“隧道”，當在兩者之間施加微小電壓時，利用電子轉移產生的電流就可探測樣品形貌。
在本次研究中，科研人員直接觀察到具有三角形晶格結構的維格納晶體。此外，他們還追蹤了該晶體的結構如何隨溫度、磁場強度和電子數量等因素的變化而變化。相關論文日前發表在英國《自然》雜志上。
