科学家拍摄到电子形成奇特固态晶体的首批图像

右下方拍摄的电子形成维格纳分子的扫描隧道显微镜图像

现在，一个研究小组首次对一种新的电子量子相--一种名为维格纳分子晶体的相关结构--进行了成像。 从根本上说，这是相同的固体电子相，不同的是，电子群落而不是单个电子沉淀在晶格的每个位置上。

电子通常在材料中或多或少地自由流动，有点像无序液体。 但是，如果能让它们的运动速度减慢，另一种特性就会取而代之，那就是它们的静电排斥力。 由于电子都带有相同的电荷，它们自然会相互排斥，因此当它们停止运动时，就会相互推开一定的距离，并锁定在那里。 这就形成了维格纳晶体相。

为了制造维格纳分子晶体，研究人员需要一种新的框架来固定电子，使其形成"分子"。 他们从 49 纳米厚的六角氮化硼层开始，然后叠加两层二硫化钨，每层只有一个原子厚。 其中一层相对于第二层扭曲成 58 度角。

然后，在得到的"tWS2 摩尔超晶格"中掺入电子，果然，晶格的每个单元格中都聚集了两三个电子。 这些小群本质上是电子分子，它们共同构成了难以捉摸的维格纳分子晶体。

事实证明，真正观察晶体是另一项挑战。 扫描隧道显微镜（STM）通常用于拍摄这种尺度的图像，但针尖产生的电场往往会破坏晶体中电子的脆弱构型。 研究小组找到了一种将电场最小化的方法，使他们能够捕捉到这种现象的首批图像。

研究人员计划在今后的实验中进一步研究维格纳分子晶体，看看它们会有什么样的应用。

这项研究发表在《Science 》杂志上。