作者:Benjamin Lev 来源:PRL 发布时间:2012-6-8 13:55:21
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科学家造出全新量子物质形态
 
据物理学家组织网6月7日(北京时间)报道,美国斯坦福大学上周宣布,他们用金属镝(dysprosium)造出世界上第一个双极量子费米子气体。研究人员认为,该费米子气体兼具晶体和超流液二者看似矛盾的特征,是一种全新的量子物质形态。这标志着人们在理解费米子系统性质,将凝聚物质物理学中的超自然现象引入现实应用等方面,迈出了重要一步。相关论文发表在上周的《物理评论快报》上。
 
如果让量子效应出现在宏观世界,将有很多不可思议的现象,水会向上流、导线没有电阻、电流的磁浮作用消失等。这些现象都和传统的理论背道而驰,但在开发未来技术方面却有着巨大前景。
 
量子气体是迄今人类已知的最冷物质,它们的黏度为零,是一种和超流液一样的超导体。几十年来,费米子的量子效应一直难以理解。但如果能造出一种量子费米子气体,那些通常只在纳米水平才能观察到的现象,就会变得明显可见。
 
研究中最大的两个困难是造出64纳开的极端低温和生成强相关量子气体。研究人员在坩埚中把粒子加热到约1300摄氏度,发射到强真空中,然后用世界上最强的持续波蓝激光致冷,将粒子冷却到千分之一绝对零度。再通过激光和蒸发冷却过程,最终让气体温度降到实验所需的64纳开。一般情况下,以这种方式制冷的物质只有2个或3个能级,而镝却有140多个。
 
他们还将制冷技术用于磁性气体,解决蒸发制冷过程中费米子不相关的问题,使得费米子间可相互碰撞,将高能粒子撞出系统。论文领导作者、斯坦福大学应用物理学教授本杰明·列夫说,镝在周期表中是磁性最强的元素,这次所用的镝的一种费米子同位素,其磁能量比以前的冷却气体要大440倍。镝原子间超强的双磁极作用使其能通过远程碰撞而冷却到临界温度。
 
研究人员指出,这种费米子气体有望带来量子液晶,也就是那些构成大部分显示器所用液晶的量子力学版;或者带来一种超级固体,这是一种假设的物质态,理论上这种固体具有超流液的特征。
 
目前,他们正在利用这种双极量子气体的独特性质,开发一种“低温原子芯片显微镜”。这是一种磁性探测仪,能以前所未有的灵敏度和分辨率检测磁场。这种探测仪使用外部量子材料来处理信息,能让量子计算更稳定。此外,该研究还为物理学家提供了理解非传统量子效应的新目标。(来源:科技日报 常丽君)
 
 
 
 
 
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