科學(xué)家造出全新量子物質(zhì)形態(tài)
美國(guó)斯坦福大學(xué)上周宣布，他們用金屬鏑（dysprosium）造出世界上*個(gè)雙極量子費(fèi)米子氣體。研究人員認(rèn)為，該費(fèi)米子氣體兼具晶體和超流液二者看似矛盾的特征，是一種全新的量子物質(zhì)形態(tài)。這標(biāo)志著人們?cè)诶斫赓M(fèi)米子系統(tǒng)性質(zhì)，將凝聚物質(zhì)物理學(xué)中的超自然現(xiàn)象引入現(xiàn)實(shí)應(yīng)用等方面，邁出了重要一步。相關(guān)論文發(fā)表在上周的《物理評(píng)論快報(bào)》上。
如果讓量子效應(yīng)出現(xiàn)在宏觀世界，將有很多不可思議的現(xiàn)象，水會(huì)向上流、導(dǎo)線沒(méi)有電阻、電流的磁浮作用消失等。這些現(xiàn)象都和傳統(tǒng)的理論背道而馳，但在開(kāi)發(fā)未來(lái)技術(shù)方面卻有著巨大前景。
量子氣體是迄今人類(lèi)已知的zui冷物質(zhì)，它們的黏度為零，是一種和超流液一樣的超導(dǎo)體。幾十年來(lái)，費(fèi)米子的量子效應(yīng)一直難以理解。但如果能造出一種量子費(fèi)米子氣體，那些通常只在納米水平才能觀察到的現(xiàn)象，就會(huì)變得明顯可見(jiàn)。
研究中zui大的兩個(gè)困難是造出64納開(kāi)的低溫和生成強(qiáng)相關(guān)量子氣體。研究人員在坩堝中把粒子加熱到約1300攝氏度，發(fā)射到強(qiáng)真空中，然后用世界上zui強(qiáng)的持續(xù)波藍(lán)激光致冷，將粒子冷卻到千分之一零度。再通過(guò)激光和蒸發(fā)冷卻過(guò)程，zui終讓氣體溫度降到實(shí)驗(yàn)所需的64納開(kāi)。一般情況下，以這種方式制冷的物質(zhì)只有2個(gè)或3個(gè)能級(jí)，而鏑卻有140多個(gè)。
他們還將制冷技術(shù)用于磁性氣體，解決蒸發(fā)制冷過(guò)程中費(fèi)米子不相關(guān)的問(wèn)題，使得費(fèi)米子間可相互碰撞，將高能粒子撞出系統(tǒng)。論文領(lǐng)導(dǎo)作者、斯坦福大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)教授本杰明·列夫說(shuō)，鏑在周期表中是磁性zui強(qiáng)的元素，這次所用的鏑的一種費(fèi)米子同位素，其磁能量比以前的冷卻氣體要大440倍。鏑原子間*的雙磁極作用使其能通過(guò)遠(yuǎn)程碰撞而冷卻到臨界溫度。
研究人員指出，這種費(fèi)米子氣體有望帶來(lái)量子液晶，也就是那些構(gòu)成大部分顯示器所用液晶的量子力學(xué)版；或者帶來(lái)一種超級(jí)固體，這是一種假設(shè)的物質(zhì)態(tài)，理論上這種固體具有超流液的特征。
目前，他們正在利用這種雙極量子氣體的*性質(zhì)，開(kāi)發(fā)一種“低溫原子芯片顯微鏡”。這是一種磁性探測(cè)儀，能以的靈敏度和分辨率檢測(cè)磁場(chǎng)。這種探測(cè)儀使用外部量子材料來(lái)處理信息，能讓量子計(jì)算更穩(wěn)定。此外，該研究還為物理學(xué)家提供了理解非傳統(tǒng)量子效應(yīng)的新目標(biāo)。
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