量子氣體中首次實(shí)現(xiàn)二維超固體 相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然》雜志上

近日，奧地利和德國(guó)科學(xué)家合作，首次在偶極量子氣體中實(shí)現(xiàn)二維超固體。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然》雜志上，為進(jìn)一步研究這種非凡的物質(zhì)狀態(tài)開(kāi)創(chuàng)了新的機(jī)會(huì)。

超固體是物質(zhì)的矛盾相，它既有晶體態(tài)中原子規(guī)則排布的特征，又可以像超流體一樣無(wú)摩擦流動(dòng)。兩年前，三個(gè)獨(dú)立研究團(tuán)隊(duì)首次成功在三個(gè)涉及偶極原子量子氣體的實(shí)驗(yàn)中觀察到了超固體的特征。磁性原子的相互作用特性使得這種自相矛盾的物質(zhì)量子力學(xué)狀態(tài)能夠在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生。

其中，來(lái)自因斯布魯克大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理研究所和奧地利科學(xué)院量子光學(xué)與量子信息研究所的弗朗西斯卡·費(fèi)爾萊諾教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)證明了在特定的相互作用條件下，磁性氣體經(jīng)歷了向超固態(tài)的相變。研究者利用磁性相互作用使原子將自身組織成液滴并以規(guī)則模式排列。

但是到目前為止，量子氣體中的超固體狀態(tài)僅能觀察到一系列液滴(沿一個(gè)維度)。現(xiàn)在，來(lái)自費(fèi)爾萊諾研究團(tuán)隊(duì)的馬太·諾爾恰說(shuō)：“通過(guò)與兩位理論家，漢諾威大學(xué)的路易斯·桑托斯和因斯布魯克大學(xué)的魯塞爾·比塞特合作，我們成功將這種現(xiàn)象擴(kuò)展到二維，創(chuàng)建了具有兩排或更多排液滴的系統(tǒng)。”

諾爾恰說(shuō)：“通常你會(huì)認(rèn)為每個(gè)原子都在某個(gè)液滴中，而不會(huì)改變位置。然而，在超固體狀態(tài)下，每個(gè)粒子在所有液滴中都是離域的，它同時(shí)存在于每個(gè)液滴中。因此，可以認(rèn)為這是一個(gè)有許多高密度區(qū)域(液滴)，并共享相同的離域原子的系統(tǒng)。”盡管存在空間秩序，但這種奇異的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)摩擦流動(dòng)等效果(超流動(dòng)性)。

將量子氣體中的超固體狀態(tài)從一維拓展到二維，這不僅是數(shù)量上的差異，而且決定性地拓寬了研究視野。例如，在二維超固體系統(tǒng)中，人們可以研究渦流是如何在幾個(gè)相鄰液滴之間的開(kāi)口中形成的。已在展望未來(lái)的弗朗西斯卡·費(fèi)爾萊諾說(shuō)：“這些理論上描述的渦流尚未得到證實(shí)，但它們代表了超流體的重要后果。”(記者李山)