美國科學家造出全新量子物質形態

據物理學家組織網報道，美國斯坦福大學上周宣布，他們用金屬鏑（dysprosium）造出上一個雙量子費米子氣體。研究人員認為，該費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形態。這標志著人們在理解費米子系統性質，將凝聚物質物理學中的超自然現象引入現實應用等方面，邁出了重要一步。相關論文發表在上周的《物理評論快報》上。

如果讓量子效應出現在宏觀，將有很多不可思議的現象，水會向上流、導線沒有電阻、電流的磁浮作用消失等。這些現象都和傳統的理論背道而馳，但在開發未來技術方面卻有著巨大前景。

量子氣體是迄今人類已知的冷物質，它們的黏度為零，是一種和超流液一樣的超導體。幾十年來，費米子的量子效應一直難以理解。但如果能造出一種量子費米子氣體，那些通常只在納米水平才能觀察到的現象，就會變得明顯可見。

研究中zui大的兩個困難是造出64納開的端低溫和生成強相關量子氣體。研究人員在坩堝中把粒子加熱到約1300攝氏度，發射到強真空中，然后用上強的持續波藍激光致冷，將粒子冷卻到千分之一零度。再通過激光和蒸發冷卻過程，終讓氣體溫度降到實驗所需的64納開。一般情況下，以這種方式制冷的物質只有2個或3個能級，而鏑卻有140多個。

他們還將制冷技術用于磁性氣體，解決蒸發制冷過程中費米子不相關的問題，使得費米子間可相互碰撞，將高能粒子撞出系統。論文領導作者、斯坦福大學應用物理學教授本杰明·列夫說，鏑在周期表中是磁性強的元素，這次所用的鏑的一種費米子同位素，其磁能量比以前的冷卻氣體要大440倍。鏑原子間的雙磁作用使其能通過遠程碰撞而冷卻到臨界溫度。

研究人員指出，這種費米子氣體有望帶來量子液晶，也就是那些構成大部分顯示器所用液晶的量子力學版；或者帶來一種超級固體，這是一種假設的物質態，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量子氣體的獨特性質，開發一種“低溫原子芯片顯微鏡”。這是一種磁性探測儀，能以前所未有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，能讓量子計算更穩定。此外，該研究還為物理學家提供了理解非傳統量子效應的新目標。
美國科學家造出全新量子物質形態