摘要：研究人员在 3 月 5 日发表在《科学》杂志上的一篇论文中解释说，尽管科学家们以前曾用原子制造过超固体，但这是光和物质耦合以产生超固体的首次实例，它为研究凝聚态物理学打开了新的大门。

研究人员首次将光转化为量子晶体结构，以创造出一种同时是固体和液体的“超固体”。这就是这意味着什么，以及为什么这是向前迈出的一大步。

光作为流体移动的抽象插图。科学家们最近将光变成了“超固体”，显示了固体和液体的特性。 （图片来源：oxygen via GettyImages）

研究人员首次将光转化为“超固体”——一种同时是固体和液体的奇怪物质状态。

研究人员在 3 月 5 日发表在《科学》杂志上的一篇论文中解释说，尽管科学家们以前曾用原子制造过超固体，但这是光和物质耦合以产生超固体的首次实例，它为研究凝聚态物理学打开了新的大门。

但究竟什么是超固体，为什么这个新的发展如此令人兴奋？以下是您需要了解的一切。

超固体是由量子力学定义的一种奇怪的物质状态，其中粒子凝结成有序的结晶固体，但也像没有粘度的液体一样移动。（粘度是指物质的内部摩擦，控制其流动的平稳程度）。通常，固体不会自行移动，但超固体会根据颗粒相互作用改变方向和密度，同时保持有组织的晶格结构。

超固体需要极低的温度才能形成——通常非常接近绝对零度（零下 459.67 华氏度，或零下 273.15 摄氏度）。大多数粒子必须占据可用的最低能量状态，热量使粒子像球坑中兴奋的蹒跚学步的孩子一样上下跳跃。

如果材料足够冷，温度就不再掩盖颗粒之间的相互作用。相反，量子力学的微小影响成为材料行为方式的决定性因素。

想象一下，蹒跚学步的孩子已经回家了，球坑已经进入了平静的状态。现在我们可以平静地研究球坑的各个组件如何相互作用以定义其特性。

粘度是衡量流体改变形状的难易程度的指标。粘度较高的液体往往更容易粘附在自身身上，因此会抵抗运动，就像从容器中倒出糖浆时，与水从水龙头流出时相比，糖浆的移动更加缓慢。除超流体和超固体外，所有流体都具有一定量的粘度。

无粘度流体最著名的例子是将氦气冷却到绝对零度几度以内的温度。粒子并非完全静止在绝对零度;— 由于不确定性原理，它们会稍微摆动一下。在氦-4 同位素的情况下，它们会摆动很多——足以使氦-4 样品在绝对零度时不可能变成固体，除非施加大约 25 个大气压的压力才能真正将颗粒挤压在一起。

氦 4 在绝对零度处摆动和其他量子现象会导致流体的作用方式发生一些剧烈变化。它不再有摩擦（因此没有粘度），并且可以快速从容器中自行抽出。

超固体以前是由原子气体制成的。然而，这项新研究使用了一种依赖于“极化激元”系统特性的新机制。

极化激元是通过强电磁相互作用耦合光子（光）和准粒子（如激子）而形成的。它们的特性使它们能够以类似于某些原子气体的方式冷凝到尽可能低的能量状态。换句话说，光与物质耦合，它们一起可以凝结成超固体。

超固体的研究很重要，因为它们显示了粒子之间微小的量子相互作用的影响，而温度没有阻碍。当我们绘制超固体的行为和特性时，我们实际上是在研究原子和粒子是如何组合在一起的。这从根本上教会了我们所生活的世界。

随着研发的增加，超固体可以用于量子计算、超导体、无摩擦润滑剂以及我们甚至还没有开始考虑的应用。我们还有太多的可能性有待发现——用光制造超固体是向前迈出的一大步。

来源：科学露西