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 量子氣體非常適合研究物質(zhì)相互作用的微觀結(jié)果。奧地利科學(xué)院量子光學(xué)與量子信息研究所和因斯布魯克大學(xué)等機構(gòu)的研究人員在實驗室中首次制備出二維超固態(tài)量子氣體。8月18日，相關(guān)論文刊登于《自然》。

科學(xué)家可以在實驗室中精確地控制極冷氣體云中的單個粒子，揭示平時無法觀察到的現(xiàn)象。兩年前，F(xiàn)rancesca Ferlaino領(lǐng)導(dǎo)的這個研究團隊就首次在磁性原子的超冷量子氣體中實現(xiàn)超固態(tài)。超固態(tài)同時具有典型的固體和超流體的特性。

研究人員發(fā)現(xiàn)，磁相互作用使原子自組織成液滴，并按照規(guī)則的模式排列。“通常情況下，人們認(rèn)為每個原子都在一個特定的液滴中，沒有辦法進入它們之間。”團隊成員Matthew Norcia說，“然而，在超固態(tài)狀態(tài)下，每個粒子在所有液滴中都是離域的，同時存在于每個液滴中。”盡管存在空間秩序（超流體），但這種奇異的結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生無摩擦流等效果。

但到目前為止，研究人員制備的超固態(tài)量子氣體只是一串液滴，即這些氣體系統(tǒng)只在一個方向上顯示出超固態(tài)。

在與多個機構(gòu)的研究人員的合作中，F(xiàn)erlaino團隊通過在結(jié)構(gòu)相變的兩側(cè)制備超固態(tài)鏑原子量子氣體，演示了超固態(tài)性質(zhì)的二維擴展。“我們已經(jīng)將這種現(xiàn)象擴展到二維，產(chǎn)生了兩行或多行液滴系統(tǒng)。”Norcia說。這不僅是定量的改進，而且極大地拓寬了研究視角。例如，在一個二維超固態(tài)系統(tǒng)中，人們可以研究漩渦是如何在幾個相鄰水滴之間的孔中形成的。

Ferlaino表示，這些在理論上描述的渦旋雖然尚未被證實，但它們代表了超流體的一個重要結(jié)果。這項實驗為進一步研究這種物質(zhì)狀態(tài)的基礎(chǔ)物理學(xué)創(chuàng)造了新機會。（魯亦）

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03725-7