1934年，理論物理學家尤金·維格納提出了一種新型晶體。
如果帶負電荷的電子密度能保持在一定的水平以下，亞原子粒子就能以重複的模式被保持，從而形成電子晶體;這個想法後來被稱為維格納晶體。
不過，說起來容易做起來難。電子是不穩定的，要讓它們保持靜止是極其困難的。不過，一個物理學家團隊現在已經實現了這一目標——他們將這兩個扭動的小傢夥置於一對二維半導體鎢層之間。
傳統的晶體，如鑽石或石英，是由排列在固定的三維重複網格結構中的原子晶格形成的。根據Wigner的想法，電子可以以類似的方式排列形成固體晶體，但前提是電子是靜止的。
如果電子的密度足夠低，相同電荷的電子之間的庫侖排斥產生的勢能應該占它們的動能的主導，導致電子靜止不動。這就是難點所在。
電子是量子力學。即使你對它們什麼都不做，它們也會一直自發地振動。」康奈爾大學的物理學家金輝maki說。
「電子晶體實際上會有融化的趨勢，因為很難保持電子在周期模式下固定。」
因此，製造維格納晶體的嘗試依賴於某種電子陷阱，例如強大的磁場或單電子電晶體，但直到現在，物理學家們仍未能實現完全結晶。2018年，麻省理工學院的科學家試圖創造一種絕緣體，但他們可能製造出了威格納晶體，但他們的結果留下了解釋的空間。
麻省理工學院的陷阱是一種被稱為莫爾超晶格的石墨烯結構，其中兩個二維網格以輕微的扭曲疊加，出現更大的規則圖案，如上圖所示。
現在，由物理學家楊旭領導的康奈爾大學團隊使用了一種更有針對性的方法，利用他們自己的莫爾超晶格。他們使用了哥倫比亞大學專門培育的二硫化鎢(WS2)和二硫化鎢(WSe2)來製作兩個半導體層。
當這些層被覆蓋時，就會產生一個六角形的圖案，這使得研究小組能夠控制任何特定莫爾點的平均電子占用率。
下一步是仔細地將電子放置在晶格的特定位置，利用計算來確定電子在不同排列方式下形成晶體的占用率。
最後的挑戰是如何通過觀察威格納晶體來驗證他們的預測是否正確。
「你需要在合適的條件下創造電子晶體，與此同時，它們也是脆弱的，」Mak說。
「你需要一個好方法來探查它們。你不會真的想在探究他們的時候明顯地擾亂他們。」
六方氮化硼絕緣層解決了這一問題。光學傳感器被放置在離樣品非常近(但不接觸)的地方，距離只有一納米，被氮化硼層隔開。這避免了傳感器和樣品之間的電耦合，同時保持足夠的接近，以提高檢測靈敏度。
這種安排使研究小組能夠乾淨地探查樣本，並進行了檢測。在莫爾超晶格內，電子排列成各種各樣的晶體構型，包括三角形維格納晶體、條紋相和二聚體。
這一成就不僅對電子晶體的研究有意義。這些發現顯示了莫爾超晶格在量子物理研究方面尚未開發的潛力。
「我們的研究，」研究人員在他們的論文中寫道，「為使用莫爾超晶格模擬大量量子多體問題奠定了基礎，這些問題可以用二維擴展的哈伯德模型或具有長程電荷-電荷和交換相互作用的自旋模型來描述。」
