首次捕獲！
「電子冰」不是冰？
晶體顯示電子被壓進了一個蜂窩狀「材料包料」的包子裏
石墨烯片的掃描電鏡影像顯示其表面下有蜂窩狀的「電子冰」。（圖源於H。Li et al/【自然】）
物理學家們剛取得了有史以來第一張韋格納晶格的影像——一個完全由電子組成的奇怪蜂窩狀圖形材料被包在另一材料之中。
韋格納晶格學說是匈牙利物理學家尤金韋格納（Eugene Wigner）第一次在1934年創立的，但卻讓科學家們花了過八十年時間才最終探清「電子冰」的樣貌。它美麗的首張影像顯示電子們被壓扁成一個緊致、重復的圖形——它就像迷你藍色蝴蝶的翅膀，或是一個壓扁的奇怪三葉草。
這項研究背後的研究者們，在【自然】（Nature）期刊上發表言論說，盡管這既不是韋格納晶格首次被仿真創造或其性質被研究，他們收集的視像證據依然是有史以來第一次能有力證明韋格納晶格材料存在的證據。
「如果你說找到了電子晶，那就是騾子是馬拿出來遛遛。」研究的共同作者王峰（Feng Wang）如是告訴自然新聞（Nature News），他同樣是加州大學的一名物理學家。
在常規導體如銀、銅，或者半導體如矽裏面，電子們活動十分迅速，以至於它們幾乎只能和彼此反應。但是在極低溫下，它們速度會降至像緩慢地爬行，此時帶負電電子之間的斥力開始占主導。高速移動的粒子一旦被拖停，它們將自我組織成一個重復的蜂窩狀——正如圖片這樣，就是為了將總能耗降到最低。
為了在現實實踐中見到這個反應，研究者們選擇在兩片只有原子厚度的半導體鎢片間隙中捕獲電子——兩片鎢分別產生二硫化鎢和聯硒化鎢。之後，為去除任何可能的計劃外電子，研究者們在倆鎢片間隙施加一個電場後讓夾層中的電子冷卻至絕對零度上5攝氏度。這樣便足夠讓高速電子完成一旦停下就形成韋格納晶格重複結構的這一過程。
研究者們之後運用一個叫掃描隧道電子顯微鏡（掃描電鏡）的儀器去觀察這個新晶體。掃描電鏡是透過在金屬針尖上施加極小的電壓，並用此針尖在物件材料表面上掃描來運作的，這個掃描過程會導致針尖上的電子躍遷到材料表面。針尖上電子躍遷率取決於其下材料的種類和針尖距離材料表面的高度，而電子們的集體躍遷會形成躍遷電流，因此研究者們就可以透過測量材料表面每一點的躍遷電流大小而構建出一個盲文般的材料二維表面形貌圖。
但實驗一開始，掃描電鏡提供了太多的電流，以至於在掃描時「融化」了脆弱的電子冰晶。為了制止這種現象，研究者們在韋格納晶體之上再插入一片單原子石墨烯層，讓晶體與石墨烯反應並在其上留下銘印方便掃描電鏡讀取——就像一個石墨烯式影印機。透過追蹤石墨烯片上所有影像，掃描電鏡成功捕獲了韋格納晶體的第一張照片，在重重質疑聲下證明了其存在。
如今科學家們有了韋格納晶體存在的決定性證據，他們便可以利用此晶體去解釋多電子如何和彼此相互作用的更深層次系列問題，例如為什麽晶體能自組織成有序的蜂窩狀，以及它們又如何「融化」。這個解釋將讓科學家們有機會管中窺豹到極小微粒的一些最難以琢磨的性質。
相關知識
晶體是原子、離子或分子按照一定的周期性，在結晶過程中，在空間排列形成具有一定規則的幾何外形的固體。
晶體的分布非常廣泛，自然界的固體物質中，絕大多數是晶體。氣體、液體和非晶物質在一定的合適條件下也可以轉變成晶體。
晶體內部原子或分子排列的三維空間周期性結構，是晶體最基本的、最本質的特征，並使晶體具有下面的通性：
BY: Ben Turner
FY: 胡桐祎
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