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如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定的玻色金屬相？

來源：中國科學(xué)報(bào) ? 2021-11-19 14:57:05

上海交通大學(xué)李政道研究所教授顧威團(tuán)隊(duì)提出了關(guān)于如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定的量子玻色金屬相的普適理論。他們指出，晶格的幾何結(jié)構(gòu)可以造成物質(zhì)波之間完美的相消干涉，從而阻礙形成相干超流所不可或缺的協(xié)作。一旦缺少了量子相干性的保護(hù)，這種流動(dòng)便無法免疫于一般金屬中常見阻抗的影響。11月16日，相關(guān)成果發(fā)表于美國《國家科學(xué)院院刊》。

自科學(xué)家1937年在低溫液氦中發(fā)現(xiàn)超流現(xiàn)象以來，超流因其無阻抗的完美流動(dòng)量子行為引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。對于這種不受現(xiàn)實(shí)世界中各種混沌因素影響的完美流體，目前科學(xué)的理解是其受到了量子力學(xué)里“相干性”和“玻色愛因斯坦統(tǒng)計(jì)”這兩個(gè)基本特性的保護(hù)。這表示超流現(xiàn)象似乎在低溫下是無法避免的。

因此，當(dāng)幾十年前實(shí)驗(yàn)觀測到一些原本應(yīng)該是完美、沒有阻抗的流體出現(xiàn)類似金屬阻抗的表象時(shí)，學(xué)術(shù)界感到十分驚訝與困惑。這些粒子是如何規(guī)避超流現(xiàn)象而呈現(xiàn)出金屬性的輸運(yùn)行為的，至今仍然是未解之謎。

通常，科學(xué)家認(rèn)為要在均勻純凈的系統(tǒng)中破壞超流現(xiàn)象是不可能的。但在這項(xiàng)研究中，科研人員找到了一個(gè)巧妙的方法來繞開，即利用量子力學(xué)的一個(gè)基本特性(波的干涉性)來規(guī)避另一個(gè)一般認(rèn)為應(yīng)有的特性(相干性)。

研究人員認(rèn)為，發(fā)現(xiàn)一個(gè)全新量子相，如同在除了氣態(tài)、液態(tài)及固態(tài)之外發(fā)現(xiàn)另一個(gè)全新的物質(zhì)狀態(tài)一樣，意義重大且深遠(yuǎn)。該發(fā)現(xiàn)可能會(huì)帶來許多令人振奮的應(yīng)用前景，包括在實(shí)驗(yàn)室中設(shè)計(jì)優(yōu)化這個(gè)新穎的量子物質(zhì)相，以及解釋在許多功能材料中出現(xiàn)的令人困惑的金屬行為。

顧威表示，這個(gè)科學(xué)問題的難點(diǎn)在于找到一個(gè)機(jī)理來“打敗”量子相干性，從而從理論上解釋這個(gè)發(fā)現(xiàn)已久卻仍未被理解的奇異現(xiàn)象。“現(xiàn)在，我們知道關(guān)鍵在于阻挫超流的相位相干，我想，科學(xué)界很快會(huì)找到許多其他微觀機(jī)理以達(dá)到類似的效果。”

(田瑞穎 黃辛)

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