新研究首次直接“看见”维格纳晶体

  新华社北京4月18日电　维格纳晶体是一种完全由电子组成的奇特晶体。美国普林斯顿大学等机构的研究人员近日报告说，他们首次实现了对双层石墨烯薄片中的维格纳晶体的直接成像。这是迄今最清晰的维格纳晶体成像，对推动量子材料等领域的发展具有重要意义。

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  美籍匈牙利裔物理学家尤金·维格纳在90年前基于量子力学提出理论预测：在极低的温度和密度条件下，电子之间的相互斥力会使它们自发形成一种紧密排列的晶体结构（晶格），即维格纳晶体。但由于诱导电子形成晶体十分困难，此前大多数对维格纳晶体的研究都依赖于间接证据，此次能对维格纳晶体直接成像，进一步证实了90年前的理论预测。

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  据英国《新科学家》周刊报道，普林斯顿大学研究人员领衔的团队利用两层仅有一个原子厚度的石墨烯薄片制造出维格纳晶体。研究人员确认这些石墨烯的原子晶格没有任何缺陷，以消除其中的电子被“卡住”的风险。为了降低电子的动能，他们将双层石墨烯薄片冷却到接近绝对零度，并将其置于强磁场中。

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  研究使用的成像设备是高分辨率的扫描隧道显微镜，工作原理是用显微镜的金属探针在样品表面扫描，并使探针和样品之间形成纳米级“隧道”，当在两者之间施加微小电压时，利用电子转移产生的电流就可探测样品形貌。

  在本次研究中，科研人员直接观察到具有三角形晶格结构的维格纳晶体。此外，他们还追踪了该晶体的结构如何随温度、磁场强度和电子数量等因素的变化而变化。相关论文日前发表在英国《自然》杂志上。