當相互排斥的電子被限制在一個小空間時，它們可以形成一種有序的晶體狀態，稱為維格納晶體。觀察這種脆弱的晶體非常棘手，因為它需要包括低溫和密度在內的極端條件，以及非侵入性成像探頭。為了克服成像的挑戰性，I. Shapir和以色列、羅馬尼亞和匈牙利物理和凝聚態物理系的一個研究小組在碳納米管(NT)中創造了容納電子的條件。
遵循這個實驗步驟，使用第二個納米管作為探針(稱為“探針NT”)掃描第一個納米管(稱為“系統NT”)。物理學家測量了電子密度，並證明了它們與理論預測的一致性，證明了一維(1-D)中多達6個電子的維格納小晶體，其研究結果發表在《科學》上。
80多年前，物理學家尤金·維格納預測了電子的量子晶體，這仍然是最難以捉摸的物質狀態之一。在目前研究中開發了一種技術，通過在真實空間中成像維格納晶體的電荷密度來直接成像一維維格納晶體。
獲得了一些被限制在一維中的電子圖像，這些圖像與強相互作用晶體的理論預測相符。科學家們用集體隧穿的方式觀察了晶體的量子性質，這種隧穿是通過一個由電獨立門構成的勢壘來實現。這項研究為小維格納晶體的形成提供了直接證據，為研究電子在真實空間中多體密度成像的脆弱相互作用狀態鋪平了道路。物理學家尤金·維格納(Eugene Wigner)在1934年的論文中預測，當電子系統中的長期庫侖相互作用主導動能和無序時，它們將以晶體基態出現。
不管電子的量子數是多少，它們都是分開的。實驗物理學家開始在最乾淨的電子系統中尋找這種量子晶體，包括液氦和低維半導體異質結構。物理學家以前曾在二維(2-D)電子系統中對傳輸、微波場、核磁共振、光學、隧穿和雙層電子系統進行測量，以表明在高磁場下晶體的存在。在無限系統中觀察一維(一維)晶體狀態是不可預料的，因為熱和量子漲落會破壞長期秩序。然而，在有限系統中，由於準長程序產生了晶體關聯，物理學家們已經研究了理論上的一維維格納晶體態。
實驗物理學家通過輸運測量對這種狀態進行了實驗探測，但實驗只能探測這種狀態的宏觀性質。理論上，需要一種合適的成像工具來觀察維格納晶體在實際空間結構中的清晰指紋。因此，科學家們使用掃描探針進行實驗，儘管他們只能成像非交互狀態或顯示探針的侵入性門控。這些測量結果強調了用傳統掃描方法成像電子相互作用的固有困難。為了獨立地分辨和識別電子，宏觀、金屬的或介電體的尖端應該靠近電子，而不是相互分離。
然而和它們之間相互作用會極大地扭曲所研究的狀態。因此，科學家們需要一個不同的掃描探針來成像一個相互作用的狀態或電子系統。在研究中開發了一種掃描探針平臺，該平臺使用碳納米管(NT)作為一種高靈敏度、微創掃描探針來觀察強相互作用電子的多體密度。該平臺包含一個定製的掃描探針顯微鏡，在低溫(~ 10mk)下工作，其中兩個相對的NT設備可以近距離放置並相互掃描。科學家們用一個設備作為研究對象的一維平臺，用另一個垂直於該平臺的設備作為研究對象。
用納米組裝技術將兩個設備組裝在一起，形成了懸掛在金屬門陣列上方的原始NTs。科學家們通過將NTs懸浮在金屬柵極上方400納米處，關鍵是保持了系統中的強相互作用和低無序，從而獲得了維格納晶體。然後使用10個電獨立的柵極，設計了一個電位，將電子限制在相距1微米的兩個屏障之間，將它們集中在長懸浮的納米管中，遠離觸點以防止不希望的相互作用。使用高度不透明的屏障來防止束縛電子波函數與NT其餘部分電子的波函數雜化。
由於這種情況下的輸運受到高度抑制，科學家們使用位於同一NT的一個單獨段上的電荷檢測器來探測束縛電子。研究展示了成像技術的工作原理，即所謂的“掃描電荷”，從最簡單的實驗開始，成像一個一維盒子中單個電子的電荷分佈。測量了系統對掃描擾動(攪拌)的能量響應，並直接確定了系統的密度分佈。通過測量系統的能量作為探測器NT的函數，科學家們直接解決了電子的密度剖面。當測量能量時，將其與引線中的費米能量聯繫起來。
並將探針產生的擾動歸因於兩個NTs之間的分離以及探針內的束縛電荷。實驗表明6個電子的密度差增加了最小擾動系統NT，表現都與一個電子掃描探針NT。成像密度資料單粒子物理學預言顯然不同於那些沒有匹配的強烈相互作用的晶體。當增加電子的數量時，電子間距減小，儘管它們的整體速度增加，表示電子被限制在有軟壁的“盒子”中。得到的圖像提供了對電子維格納晶體的直接、真實空間觀察。為了定量地理解測量結果，進行了密度矩陣重整化群(DMRG)計算，幷包含了長期庫侖相互作用。
所測得的電子位置與DMRG所預測的電子位置吻合得很好，使所觀察到的晶體在實驗裝置中處於強相互作用狀態。為了理解維格納晶體的量子本質，科學家測量了晶體的隧穿特性，並期望晶體中電子之間的相互關係能夠共同導致晶體隧穿勢壘。觀察到，在一個不止一個電子的系統中，隧穿微分密度變得更加有趣，因為它顯示了集體運動的直接指紋。研究人員使用了一種新的方法來直接成像相互作用電子的空間順序。基於這些結果，預計有可能解決與量子電子晶體相關的其他基本問題，包括其磁性排列的性質。