科学家首次捕捉到奇异“电子冰”的图像

　　物理学家拍摄了维格纳晶体的第一张照片——一种奇怪的蜂窝图案材料，位于另一种完全由电子制成的材料内部。匈牙利物理学家尤金·维格纳 (Eugene Wigner) 于 1934 年首次对这种晶体进行了理论分析，但科学家们花了八年多的时间才最终直接看到“电子冰”。迷人的第一张图片显示电子被挤压成一个紧密的、重复的模式——就像蓝色的小蝴蝶翅膀，或者外星三叶草的压制。

　　这项研究的研究人员于 9 月 29 日发表在《自然》杂志上，研究人员表示，虽然这不是维格纳晶体第一次被创造出来，甚至不是第一次被研究其特性，但他们收集的视觉证据是这种材料存在的最有力证据。

　　在银或铜等普通导体，或硅等半导体中，电子快速移动，几乎无法相互作用。但是在非常低的温度下，它们会减速到蠕动，带负电的电子之间的排斥开始占主导地位。曾经高度流动的粒子会停下来，将自己排列成一个重复的蜂窝状图案，以最大限度地减少它们的总能量消耗。

　　为了看到这一点，研究人员在两个钨半导体原子层之间的间隙中捕获了电子——一个是二硫化钨，另一个是二硒化钨。然后，在跨越间隙施加电场以去除任何潜在的破坏性多余电子后，研究人员将他们的电子三明治冷却到绝对零以上 5 度。果然，曾经快速的电子停止了，进入了维格纳晶体的重复结构。

　　然后，研究人员使用一种称为扫描隧道显微镜 (STM) 的设备来观察这种新晶体。STM 的工作原理是在一个非常尖锐的金属尖端上施加一个微小的电压，然后将它运行到材料上方，导致电子从尖端跳到材料表面。电子从尖端跳出的速度取决于它们下面的东西，因此研究人员可以通过测量每个点流入表面的电流来构建二维表面类似盲文的轮廓的图片。

　　但是 STM 提供的电流起初对于脆弱的电子冰来说太大了，一接触就会“融化”。为了阻止这种情况，研究人员在 Wigner 晶体上方插入了一个单原子石墨烯层，使晶体能够与石墨烯相互作用，并在其上留下 STM 可以安全读取的印象——就像复印机一样。通过完全追踪印在石墨烯片上的图像，STM 捕捉到了维格纳晶体的第一张快照，毫无疑问地证明了它的存在。

　　现在他们有了确凿的证据证明维格纳晶体的存在，科学家们可以用这些晶体来回答关于多个电子如何相互作用的更深层次的问题，比如为什么晶体会以蜂窝状的顺序排列，以及它们是如何“融化”的。这些答案将提供一个难得的机会，让我们一窥微小粒子最难以捉摸的一些特性。