在適當的情況下，電子實際上可以”凍結”成一種奇異的固體形態。 現在，伯克利實驗室的物理學家創造並首次拍攝了這種結構的直接圖像。理論物理學家尤金-維格納（Eugene Wigner）在1930 年代首次預言了這種晶體的存在。 直到幾年前，科學家才首次直接探測到並進行成像。

右下方拍攝的電子形成維格納分子的掃描穿隧顯微鏡影像

現在，一個研究小組首次對一種新的電子量子相–一種名為維格納分子晶體的相關結構–進行了成像。 從根本上說，這是相同的固體電子相，不同的是，電子群落而不是單個電子沉澱在晶格的每個位置。

電子通常在材料中或多或少地自由流動，有點像無序液體。 但是，如果能讓它們的運動速度減慢，另一個特性就會取而代之，那就是它們的靜電排斥力。 由於電子都帶有相同的電荷，它們自然會相互排斥，因此當它們停止運動時，就會相互推開一定的距離，並鎖定在那裡。 這就形成了維格納晶體相。

為了製造維格納分子晶體，研究人員需要一個新的框架來固定電子，使其形成”分子”。 他們從49 奈米厚的六角氮化硼層開始，然後疊加兩層二硫化鎢，每層只有一個原子厚。 其中一層相對於第二層扭曲成58 度角。

然後，在得到的”tWS2 摩爾超晶格”中摻入電子，果然，晶格的每個單元格中都聚集了兩三個電子。 這些小群本質上是電子分子，它們共同構成了難以捉摸的維格納分子晶體。

事實證明，真正觀察晶體是另一個挑戰。 掃描穿隧顯微鏡（STM）通常用於拍攝這種尺度的影像，但針尖產生的電場往往會破壞晶體中電子的脆弱構型。 研究小組找到了一種將電場最小化的方法，使他們能夠捕捉到這種現象的首批圖像。

研究人員計劃在未來的實驗中進一步研究維格納分子晶體，看看它們會有什麼樣的應用。

這項研究發表在《Science》雜誌。