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“超流準(zhǔn)晶體”是一種類似漫畫書里的壞蛋，用來實(shí)現(xiàn)卑鄙計(jì)劃的物質(zhì)。實(shí)際上，這是德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校(UT Dallas)的理論物理學(xué)家們，在《Physical Review Letters》最近的一篇論文中所提出的一種新物質(zhì)形式。他們的論文還描述了在實(shí)驗(yàn)室制作這種材料的工藝流程。
多數(shù)人都熟悉物質(zhì)的三種基本狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。物質(zhì)的存在形式實(shí)際上還有很多種，例如在太陽和其他恒星中所發(fā)現(xiàn)的等離子體；非常致密，只有在最寒冷溫度下才存在的玻色-愛因斯坦凝聚體。
超流體是一種奇異的物質(zhì)狀態(tài)，具有非常特殊的性質(zhì)。因?yàn)槠漯ざ葹榱悖运梢粤鬟^物體表面，而不會(huì)因與接觸面存在摩擦導(dǎo)致減速，或失去任何能量。像液氦這樣的超流體，必須冷卻到極低溫度時(shí)才能產(chǎn)生這種性質(zhì)。
德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校自然科學(xué)與數(shù)學(xué)學(xué)院物理教授張傳偉是這篇論文的作者，他說：“假設(shè)你在早上喝的咖啡是一種超流體，那么你用勺子攪拌它，然后移開勺子，咖啡就會(huì)一直不停地移動(dòng)。非超流體最終會(huì)因?yàn)榕c杯子間存在摩擦而停止運(yùn)動(dòng)。”
研究人員在大約50年前提出了一種新型物質(zhì)形式，它同時(shí)具有超流體與固體晶體兩種性質(zhì)。這種新物質(zhì)形式被稱為超固體，但科學(xué)家們只在近幾年里才在實(shí)驗(yàn)室成功制造出這種不尋常的物質(zhì)。
德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校的張傳偉教授表示：“好消息是我們不需要為制造這種新材料去開發(fā)任何新技術(shù)，現(xiàn)有的基礎(chǔ)性技術(shù)就能制造出這種新材料，例如向玻色-愛因斯坦凝聚體發(fā)射激光。”
張傳偉教授說：“在物理學(xué)中，我們對(duì)什么是流體和什么是固體有一個(gè)非常嚴(yán)格的定義。液態(tài)水不能表現(xiàn)出固體水的性質(zhì)，反之亦然。水和冰可以混合在一起，例如在一杯水中加入冰，但它們?nèi)匀皇腔ゲ幌嗤膬煞N物質(zhì)形式。”
然而，在量子物理中描述物質(zhì)的原子和單個(gè)粒子水平上的行為時(shí)，這種理論并不總是正確的。張傳偉表示：“超固體是一種沒有摩擦的流體，但是其原子像在固體晶體中一樣以周期性的方式排列。這兩種狀態(tài)在我們的日常生活中是相互排斥的，但在量子世界中它們可以在同一物質(zhì)中同時(shí)存在。”
張傳偉和他的同事在他們的最新研究工作中提出了一個(gè)合乎邏輯的研究方向：是否存在一種既是超流體又是準(zhǔn)晶的新型物質(zhì)。
晶體原子按照高度有序的周期模式排列，當(dāng)你將其旋轉(zhuǎn)或平移時(shí)，它的結(jié)構(gòu)不變。棋盤可被認(rèn)為是一種二維晶體的原子排列結(jié)構(gòu)。另一方面，準(zhǔn)晶體是原子有序排列且結(jié)構(gòu)類似于晶體的物質(zhì)，但它們的排列不會(huì)重復(fù)即不是周期性的。
張傳偉說：“我們問了自己一個(gè)問題：會(huì)不會(huì)存在一個(gè)新的既是準(zhǔn)晶又是超流體的量子物質(zhì)？” 從物理原理來看，這種物質(zhì)肯定是存在的。
張傳偉和他的同事們提出的新材料在流動(dòng)的時(shí)候不會(huì)發(fā)生摩擦，同時(shí)也呈現(xiàn)出一種非周期的準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)。張傳偉表示：“目前這只是一個(gè)理論。不過我們?cè)谶@篇文章中，提出了一個(gè)與制造第一個(gè)超級(jí)固體裝置相似的實(shí)驗(yàn)裝置。好消息是我們不需為制造這種新材料去開發(fā)任何新技術(shù)，現(xiàn)有的基礎(chǔ)性技術(shù)就能制造出這種新材料，例如向玻色-愛因斯坦凝聚體發(fā)射激光。”
這項(xiàng)研究的主要作者、達(dá)拉斯聯(lián)合大學(xué)物理學(xué)博士研究生侯俊鵬(JunpengHou)表示：“制作這種材料可能仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)?？赡苄枰獛啄陼r(shí)間才能在實(shí)驗(yàn)室制造出新的超固體。但我相信我們的系統(tǒng)不會(huì)花費(fèi)那么長(zhǎng)時(shí)間，也許一兩年內(nèi)就能成功制造出來。
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