當前位置:首頁>科技> 物理學家創造出同時具有固體與超流體性質的二維超固體
發布時間:2025-10-26閱讀( 16)
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物理學家創造了有史以來第一個超固體,它同時具有固體和超流體的性質。 超固體是一種材料,其原子排列成規則的、重復的晶體結構,但也能夠永遠流動而不會失去任何動能。盡管它們的怪異特性看起來違反了許多已知的物理定律,但物理學家早已在理論上預測到它們的存在了。在1957年,物理學家尤金·格羅斯就首次提出超固體的存在?,F在,使用激光和超冷氣體,物理學家終于將超固體誘導成二維結構。
為了創造所謂的超固體,物理學家在光鑷內懸浮了一團鏑-164 原子,然后使用一種稱為激光冷卻的技術將原子冷卻到接近絕對零度。在用激光盡可能地冷卻鏑原子后,研究人員松開了光鑷的“夾子”,為能量較高的原子創造了足夠的空間蒸發。 由于“熱”粒子比冷粒子振動得快,這種被稱為蒸發冷卻的技術只給研究人員留下了它們的超冷原子,而后這些原子已經轉變成一種新的物質狀態——玻色-愛因斯坦凝聚體。 這為一些真正奇怪的量子效應打開了大門。海森堡測不準原理是量子行為的一個關鍵規則,它說你不可能絕對準確地知道粒子的位置和動量。然而,現在玻色-愛因斯坦凝聚原子不再運動,它們所有的動量都是已知的。這導致原子的位置變得如此不確定,以至于它們可能占據的位置的面積比原子之間的空間更大。 因此,在模糊的玻色-愛因斯坦凝聚體中,重疊的原子取代了離散的原子,就好像它們只是一個巨大的粒子。這就給了一些玻色-愛因斯坦凝聚物超流體的特性,允許它們的粒子在沒有任何摩擦的情況下流動。事實上,如果你攪動一杯超流體玻色-愛因斯坦凝聚物,它將永遠不會停止旋轉。
研究人員使用了鏑-164,因為它是所有已發現元素中磁性最強的。這意味著,當鏑-164原子過冷時,除了成為超流體外,它們還會聚集成液滴,像小磁鐵棒一樣彼此粘在一起。 通過仔細調整原子之間的長程磁相互作用和短程接觸相互作用之間的平衡,物理學家能夠制造出一個長長的一維液滴管,其中也包含自由流動的原子——一種1維超固體。 為了實現從一維超固體到二維超固體的飛躍,該團隊使用了一個更大的陷阱,降低了兩個方向上光鑷光束的強度。這樣,除了在陷阱中保持足夠的原子以保持足夠高的密度外,最終還允許它們創建一個鋸齒形的液滴結構,類似于兩個相互相鄰的偏移1維管——一種2維超固體。 |
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