科技日報(bào)記者 劉霞
超固體是一種曾被認(rèn)為只能在接近絕對零度（-273℃）的極端環(huán)境中存在的量子態(tài)。在一項(xiàng)最新研究中，美國倫斯勒理工學(xué)院的科學(xué)家突破極限，在室溫下成功“孕育”出這一奇特狀態(tài)，這將助力量子研究翻開全新一頁。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《自然·納米技術(shù)》雜志。
團(tuán)隊(duì)巧妙將高質(zhì)量的鈣鈦礦半導(dǎo)體與精雕細(xì)琢的納米結(jié)構(gòu)結(jié)合，構(gòu)建了一種混合納米裝置。當(dāng)激光射入，光與物質(zhì)交融，生成部分是光，部分是物質(zhì)的名為“極化子”的混合粒子。這些粒子如同訓(xùn)練有素的士兵，會(huì)“聯(lián)合行動(dòng)”，凝聚成相干的量子流體。
在低激發(fā)功率下，這些極化子會(huì)凝聚成一種單一且均勻的狀態(tài)。但隨著注入能量增加，原本均勻的流體，會(huì)自發(fā)重組成條紋狀的晶體結(jié)構(gòu)，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)依然保持量子相干性——這正是超固體的標(biāo)志性特征。這一過程充滿隨機(jī)性，每次實(shí)驗(yàn)，條紋圖案都略有不同，證明它是自發(fā)涌現(xiàn)，而非外力強(qiáng)加形成。
這項(xiàng)突破不僅在于實(shí)現(xiàn)了室溫超固體，也在于它將曾經(jīng)需要龐大冷卻設(shè)備的復(fù)雜實(shí)驗(yàn)，濃縮到一個(gè)芯片級的微型裝置內(nèi)。通過光學(xué)測量，研究人員能實(shí)時(shí)捕捉量子相變的瞬間，直接觀察不同狀態(tài)的自發(fā)形成。
由于超固體涉及多模式相干光發(fā)射，其有望催生新型激光器。動(dòng)態(tài)控制這些光模式，還能為光學(xué)計(jì)算與信息處理帶來革新。
