首次在实验室中产生二维超固体量子气体

量子物质可以同时是固体和流体——这种情况被称为超固体。由Francesca Ferlaino领导的研究人员首次在二维空间中创造了这种迷人的性质。他们现在在《自然》杂志上发表了关于沿超冷量子气体的两轴实现超固态的 告。这个实验为进一步研究这种奇特的物质状态提供了许多可能性。

量子气体非常适合研究物质相互作用的微观结果。今天，科学家们可以在实验室中精确地控制极冷气体云中的单个粒子，揭示出在日常世界中无法观察到的现象。例如，玻色-爱因斯坦凝聚中的单个原子是完全离域的。这意味着在任何给定的时间，在凝聚体的每一点上都存在相同的原子。两年前,弗朗西斯卡Ferlaino领导的研究小组的实验物理因斯布鲁克大学和研究所量子光学和量子信息在因斯布鲁克的奥地利科学院管理第一次生成超固体在超冷量子气体磁性原子。磁相互作用使原子自组织成液滴，并按照规则的模式排列。

“通常情况下，你会认为每个原子会在一个特定的液滴中被发现，没有办法进入它们之间，”弗朗西斯卡·费拉诺研究小组的马修·诺尔西亚说。“然而，在超固态状态下，每个粒子在所有液滴上都是离域的，同时存在于每个液滴中。所以基本上，你有一个系统，它有一系列高密度区域(水滴)，所有这些区域都共享相同的离域原子。”尽管存在空间秩序(超流体)，但这种奇异的结构可以产生无摩擦流等效果。

新的维度，新的效果有待探索

到目前为止，量子气体中的超固态只被观察到是一串液滴(沿一维方向)。“通过与Leibniz Universit?t Hannover的理论家Luis Santos和因斯布鲁克的理论家Russell Bisset的合作，我们现在已经将这种现象扩展到二维，产生了两行或多行液滴的系统，”Matthew Norcia解释说。这不仅是定量的改进，而且极大地拓宽了研究视角。他说:“例如，在一个二维的超固体系统中，人们可以研究漩涡是如何在几个相邻水滴之间的孔中形成的。”Francesca Ferlaino已经在展望未来:“这些在理论上描述的涡旋尚未被证实，但它们代表了超流体的一个重要结果。”目前发表在《自然》杂志上的这项实验为进一步研究这种迷人物质状态的基础物理学创造了新的机会。

新研究领域:超固体

50年前就预言过，超固态及其惊人的特性已经在超流氦中得到了广泛的研究。然而，经过几十年的理论和实验研究，仍然没有一个明确的证据证明该系统的超固态。两年前，比萨、斯图加特和因斯布鲁克的研究小组首次独立成功地从超冷量子气体中的磁性原子中创造出所谓的超固体。超固体这一新兴的、不断发展的研究领域的基础是磁性原子的强极性，其相互作用特性使得在实验室中创造出物质的这种矛盾的量子力学状态成为可能。