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如何實現(xiàn)一個穩(wěn)定的玻色金屬相？

來源：中國科學報 ? 2021-11-19 14:57:05

上海交通大學李政道研究所教授顧威團隊提出了關于如何實現(xiàn)一個穩(wěn)定的量子玻色金屬相的普適理論。他們指出，晶格的幾何結(jié)構(gòu)可以造成物質(zhì)波之間完美的相消干涉，從而阻礙形成相干超流所不可或缺的協(xié)作。一旦缺少了量子相干性的保護，這種流動便無法免疫于一般金屬中常見阻抗的影響。11月16日，相關成果發(fā)表于美國《國家科學院院刊》。

自科學家1937年在低溫液氦中發(fā)現(xiàn)超流現(xiàn)象以來，超流因其無阻抗的完美流動量子行為引起了科學界的廣泛關注。對于這種不受現(xiàn)實世界中各種混沌因素影響的完美流體，目前科學的理解是其受到了量子力學里“相干性”和“玻色愛因斯坦統(tǒng)計”這兩個基本特性的保護。這表示超流現(xiàn)象似乎在低溫下是無法避免的。

因此，當幾十年前實驗觀測到一些原本應該是完美、沒有阻抗的流體出現(xiàn)類似金屬阻抗的表象時，學術界感到十分驚訝與困惑。這些粒子是如何規(guī)避超流現(xiàn)象而呈現(xiàn)出金屬性的輸運行為的，至今仍然是未解之謎。

通常，科學家認為要在均勻純凈的系統(tǒng)中破壞超流現(xiàn)象是不可能的。但在這項研究中，科研人員找到了一個巧妙的方法來繞開，即利用量子力學的一個基本特性(波的干涉性)來規(guī)避另一個一般認為應有的特性(相干性)。

研究人員認為，發(fā)現(xiàn)一個全新量子相，如同在除了氣態(tài)、液態(tài)及固態(tài)之外發(fā)現(xiàn)另一個全新的物質(zhì)狀態(tài)一樣，意義重大且深遠。該發(fā)現(xiàn)可能會帶來許多令人振奮的應用前景，包括在實驗室中設計優(yōu)化這個新穎的量子物質(zhì)相，以及解釋在許多功能材料中出現(xiàn)的令人困惑的金屬行為。

顧威表示，這個科學問題的難點在于找到一個機理來“打敗”量子相干性，從而從理論上解釋這個發(fā)現(xiàn)已久卻仍未被理解的奇異現(xiàn)象。“現(xiàn)在，我們知道關鍵在于阻挫超流的相位相干，我想，科學界很快會找到許多其他微觀機理以達到類似的效果。”

(田瑞穎 黃辛)

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