據外媒報道，來自蘇黎世聯邦理工學院的研究人員創造了一種完全由電子組成的晶體。這些結構雖然已經理論化有幾十年時間，但這標誌着它們首次在實驗室里被實驗證實。通常情況下，電子的行為或多或少像液體，在物質中自由流動。
但在1934年，理論物理學家尤金·維格納預言，一組電子可以在特定條件下結晶成固體形式並形成現在被稱為維格納晶體的一種相。
要做到這一點，需要在影響電子的兩種力之間找到恰當的平衡：它們的靜電斥力和它們的運動能量。後者是更強大的效應，它會導致電子隨機地四處彈跳，但維格納提出，如果這種效應能被足夠地減弱那麼斥力就會取而代之並將電子鎖定在一個統一的晶格中。
但事實證明，這比聽起來要棘手得多。電子密度需要降低到某個點以上，它們需要被限制在一個“陷阱”中且要被冷卻到幾乎絕對零度從而減少外界對它們運動的影響。
現在，蘇黎世聯邦理工學院的科學家們已經滿足了所有這些要求來製造維格納晶體。為了限制電子，他們使用了一層單原子厚的二硒化鉬，以此有效地將電子的運動限制在二維範圍內。為了控制這種半導體中電子的數量，該團隊將這種材料夾在兩個石墨烯電極之間並施加一個電壓。最後，整個系統被冷卻到接近絕對零度。
果然，一個維格納晶體出現了。但是觀察它完全是另一個挑戰–因為電子之間的距離是如此之小，大概只要20納米，以至於顯微鏡都看不到。
以前試圖製造維格納晶體的研究必須依靠間接的方法來檢測它們，如電流的變化。然而在這項新研究中，研究小組使用了一種新方法。他們以特定的頻率將光照射到這種材料上從而激發半導體中所謂的“激子”，這些激子會將光反射回來。如果存在維格納晶體，那麼激子將光反射回來時應該是靜止的。
“由哈佛大學的Eugene Demler領導的一組理論物理學家今年將前往ETH，他們已經從理論上計算了該效應如何在觀察到的激子激發頻率中顯示出來–這正是我們在實驗室中觀察到的，”這項研究的論文首席作者Ataç Imamoğlu說道。