近日，奧地利和德國科學(xué)家合作，首次在偶極量子氣體中實現(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)開創(chuàng)了新的機(jī)會。

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摩擦流動。兩年前，三個獨立研究團(tuán)隊首次成功在三個涉及偶極原子量子氣體的實驗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)能夠在實驗室中產(chǎn)生。

其中，來自因斯布魯克大學(xué)實驗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·費爾萊諾教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊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(沿一個維度)。現(xiàn)在，來自費爾萊諾研究團(tuán)隊的馬太·諾爾恰說：“通過與兩位理論家，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：“通常你會認(rèn)為每個原子都在某個液滴中，而不會改變位置。然而，在超固體狀態(tài)下，每個粒子在所有液滴中都是離域的，它同時存在于每個液滴中。因此，可以認(rèn)為這是一個有許多高密度區(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)可以實現(xiàn)無摩擦流動等效果(超流動性)。

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相鄰液滴之間的開口中形成的。已在展望未來的弗朗西斯卡·費爾萊諾說：“這些理論上描述的渦流尚未得到證實，但它們代表了超流體的重要后果。”(記者李山)