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科學(xué)家造出全新量子物質(zhì)形態(tài)
更新時(shí)間:2013-07-25   點(diǎn)擊次數(shù):2455次

 科學(xué)家造出全新量子物質(zhì)形態(tài)

美國斯坦福大學(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)志著人們在理解費(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,但在開發(fā)未來技術(shù)方面卻有著巨大前景。

  量子氣體是迄今人類已知的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,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。

  研究中zui大的兩個(gè)困難是造出64納開的低溫和生成強(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。再通過激光和蒸發(fā)冷卻過程,zui終讓氣體溫度降到實(shí)驗(yàn)所需的64納開。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,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)制冷過程中費(fèi)米子不相關(guān)的問題,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,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;或者帶來一種超級固體,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),開發(fā)一種“低溫原子芯片顯微鏡”。這是一種磁性探測儀,能以的靈敏度和分辨率檢測磁場。這種探測儀使用外部量子材料來處理信息,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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