有史以来第一个二维超固体 可同时表现为固体和无摩擦液体？

物理学家创造了有史以来第一个二维超固体——一种奇异的物质相，同时表现为固体和无摩擦液体。

超固体是一种材料，其原子排列成规则的、重复的晶体结构，但也能够永远流动而不会失去任何动能。

尽管它们的怪异特性似乎违反了许多已知的物理定律，但物理学家长期以来一直在理论上预测它们——早在 1957 年，它们就作为物理学家尤金格罗斯的工作中的一个建议首次出现。

现在，使用激光和超冷气体，物理学家终于将超固体诱导成二维结构，这一进步可以让科学家们破解奇怪物质相神秘特性背后的更深层次的物理学。

研究人员特别感兴趣的是，当它们旋转成一个圆圈时，他们的 2D 超固体将如何表现，同时它们内部会弹出微小的漩涡或漩涡。

主要作者、因斯布鲁克大学量子研究所的物理学家 Matthew Norcia 说：“我们希望从研究旋转振荡中学到很多东西，例如，以及在 2D 系统中比在 1D 系统中更容易存在的涡流。

”奥地利的光学和量子信息 （IQOQI） 在一封电子邮件中告诉 Live Science。

为了创造他们的超固体，该团队在光镊内悬浮了一团镝-164 原子，然后使用一种称为激光冷却的技术将原子冷却到略高于零开尔文（负 459.67 华氏度，或负 273.15 摄氏度）。

向气体发射激光通常会加热它，但如果激光束中的光子（光粒子）以与移动气体粒子相反的方向行进，它们实际上会导致气体粒子变慢和冷却。

在用激光尽可能地冷却镝原子后，研究人员松开了光镊的“夹子”，为能量最高的原子创造了足够的空间。

由于“较暖”的粒子比较冷的粒子摇晃得更快，这种称为蒸发冷却的技术让研究人员只剩下过冷的原子；并且这些原子已经转变为物质的新相——玻色-爱因斯坦凝聚物：一组被过冷到绝对零度之内的原子集合。

当气体冷却到接近零的温度时，它的所有原子都会失去能量，进入相同的能量状态。

由于我们只能通过查看它们的能级来区分气体云中其他相同的原子，因此这种均衡具有深远的影响：构成较热气体的曾经完全不同的振动、摇晃、碰撞原子云然后变成，从量子力学的观点，完全相同。

这为某些真正奇怪的量子效应打开了大门。

海森堡测不准原理是量子行为的一个关键规则，它说你不可能绝对准确地知道粒子的位置和动量。

然而，既然玻色-爱因斯坦凝聚原子不再运动，它们的所有动量都是已知的。

这导致原子的位置变得如此不确定，以至于它们可能占据的位置的面积比原子本身之间的空间还要大。

因此，模糊玻色-爱因斯坦凝聚球中的重叠原子不是离散的原子，而是一个巨大的粒子。

这使一些玻色-爱因斯坦凝聚具有超流体的特性——允许它们的粒子在没有任何摩擦的情况下流动。

事实上，如果你要搅拌一杯超流体玻色-爱因斯坦凝聚物，它永远不会停止旋转。

研究人员使用了镝 164（镝的同位素），因为它（与元素周期表中的钬一起）是所有已发现元素中磁性最强的。

这意味着当镝 164 原子过冷时，除了成为超流体外，它们还会聚集成液滴，像小条形磁铁一样相互粘连。

“通过仔细调整原子之间的长程磁相互作用和短程接触相互作用之间的平衡。

”Norcia 说：“该团队能够制造出长长的一维液滴管，其中还包含自由流动的原子——一种一维超固体. 那是他们之前的工作。

为了实现从 1D 到 2D 超固体的飞跃，该团队使用了一个更大的陷阱，并在两个方向上降低了光镊光束的强度。

这样，除了在陷阱中保持足够的原子以保持足够高的密度外，最终还允许它们创建一个锯齿形的液滴结构，类似于两个相互相邻的偏移 1D 管，一种 2D 超固体。

随着其创建任务的完成，物理学家现在想要使用他们的 2D 超固体来研究从拥有这个额外维度而产生的所有属性。

例如，他们计划研究出现并被困在阵列液滴之间的漩涡，特别是因为这些旋转原子的漩涡，至少在理论上，可以永远螺旋。