物理学家提出了一种新的状态“超流体准晶体”

图1。（a）提出具有五重旋转对称性的超流体准晶体的实验方案。超晶格是由两个具有不同周期的光学晶格生成的。可以使用磁场梯度来生成电势梯度。在x方向上的一个拉曼光束Rz和在xy平面上的其他四个（Rj，j =− 1,2,3,4）在相邻阱之间产生拉曼耦合。（b）一个单位电池中的SOC。每个拉曼过程仅将井j耦合到其相邻的j + 1。由于在1⟩和/5⟩之间存在较大的偏差，因此相邻单位单元之间的跳变是无关紧要的。仅考虑晶胞中拉曼辅助的井间隧穿。《物理评论快报》（Physical Review Letters），2018年; doi：10.1103 / PhysRevLett.120.060407

术语“超流体准晶体”听起来像漫画反派可能会用来执行他那卑鄙的计划的东西。

实际上，这是德克萨斯大学达拉斯分校理论物理学家在《物理评论快报》上发表的一项最新研究中提出的一种新形式。他们的研究还描述了在实验室中制作奇异材料的“配方”。

大多数人都熟悉物质的三个基本状态：固体，液体和气体。实际上还有更多，包括在太阳和其他恒星内部发现的等离子体，以及玻色-爱因斯坦的冷凝物，它们非常稠密，仅在最极端的低温下才存在。

超流体是具有特殊性质的奇特物质状态。它的粘度为零，这意味着它可以在整个表面上流动，并且不会因与表面的摩擦而减慢或失去任何能量。必须将超流体（例如液氦）冷却到极低的温度，以使这种性能显现出来。

“如果早上喝的咖啡是一种超流质咖啡，并且用勺子搅拌，则可以取下勺子，并且咖啡将永远不会停止运动，”自然科学与数学学院物理学教授张传伟博士说。该研究的作者。“由于与杯子的摩擦，普通液体最终将停止流动。”

超流体和准晶体

大约50年前，研究人员提出了一种新型的物质，它将超流体的特性与固体晶体的特性结合在一起。被称为超固体，只是在过去的几年中，科学家才能够在实验室中生产这种不寻常的材料。

张说：“在物理学上，我们对流体是什么以及固体是什么有非常严格的定义。”液态水不能表现为固体，反之亦然。它们可以混合在一起，例如在一杯冰水中混合，但它们仍然是分离的物质形式。

张说，在描述物质在原子和单个粒子水平上的行为的量子物理学世界中，情况并非总是如此。

他说：“超固体是一种流动而没有摩擦的流体，其原子也以周期性的方式排列，就像它们在结晶固体中一样。”“这两种状态在我们的日常生活中是互斥的，可以同时存在于量子世界的相同物理材料中。”

在他们的新研究中，Zhang和他的同事们提出了下一步的逻辑建议–提出一种既是超流体又是准晶体的新型物质。

张说，像食盐一样，晶体的原子排列成高度有序的周期性图案，当您旋转或重复它时，它们不会改变。棋盘可以被认为是二维晶体。另一方面，准晶体是原子有序且具有类似于晶体的结构的材料，但它们的排列不是周期性的-不会重复。

“我们问了一个问题，您能否拥有既是准晶体又是超流体的新量子态？”张说。

张说，答案是肯定的，至少从物理原理上是这样。

张和他的同事提出的材料应该在没有摩擦的情况下流动，同时还表现出非周期性的准晶体结构。

张说：“目前，这只是一种理论，但在本文中，我们提出了一种与产生第一个超固体的实验类似的实验装置。”“好消息是，我们不必发明任何新技术即可实际制造这种材料。它基本上涉及在Bose-Einstein冷凝物上发射激光。”

该研究的主要作者，UT Dallas的物理学博士学位学生侯俊鹏说，生产这种材料可能仍然具有挑战性。

侯说：“通过实验实现新的超固体可能要花费几年时间。”“但是我相信我们的系统不会花那么长的时间，大概一两年。”

该研究的其他作者是物理学高级讲师孙奎伊博士和物理学博士后研究助理胡海平博士。

该研究由空军科学研究所，美国国家科学基金会和陆军研究室资助。

出版物：侯俊鹏等，“玻色-爱因斯坦凝聚物中的超流体-准晶体”，《物理评论快报》，2018年； doi：10.1103 / PhysRevLett.120.060407