科技日報記者 張佳欣
奧地利因斯布魯克大學研究團隊在旋轉的二維超固體中首次觀察到量子渦旋，這為長期尋找的無旋超流體流入超固體的現(xiàn)象提供了確切證據(jù)，標志著調制量子物質研究邁出了一大步。相關成果發(fā)表在最新一期《自然》雜志上。
超固體是一種近年來才被驗證的新型量子物質狀態(tài)，它同時具備超流體和固體的特性。這種獨特的物質狀態(tài)可在極低溫的偶極量子氣體中人工生成。
物質同時展現(xiàn)固體和超流體的屬性似乎違背直覺。然而，量子力學原理允許這樣的狀態(tài)存在。盡管科學家已經(jīng)通過直接成像技術展示了構成超固體中的“固體”特性的晶體排列，但其超流體特性則更為隱秘?？茖W家一直在探索超流體現(xiàn)象的不同方面，但是證明超流體核心特征之一——量子渦旋的存在卻異常困難。
此次，研究團隊結合理論模型與前沿實驗，在偶極超固體中成功創(chuàng)造了渦旋并對其進行了觀察。他們確認了超流動性的一個關鍵缺失環(huán)節(jié)，即系統(tǒng)對旋轉作出響應時表現(xiàn)為量子渦旋的出現(xiàn)。首次在超固體中觀測到的小尺度量子渦旋呈現(xiàn)出與之前預期不同的特性。
2021年，該團隊利用極冷的鉺原子氣體創(chuàng)造了首個長壽命的二維超固體。在新研究中，他們基于理論指導，采用高精技術，借助磁場溫和地攪動超固體。因為液體不具備剛性旋轉的能力，因此這種攪拌促成了量子渦旋的生成，這是超流體動力學的一個顯著標志。
這項歷時接近一年的實驗，揭示了超固體中渦旋動態(tài)與非調制量子流體之間的顯著區(qū)別，同時也為理解這些奇異量子態(tài)中超流體和固體特性如何共存及互動提供了新的視角。
