超固體

超固體

空間有序的材料
超固态是指當物質處于在140萬左右大氣壓下,物質的原子就可能被“壓碎”。[1]電子全部被“擠出”原子,形成電子氣體,裸露的原子核緊密地排列,物質密度極大,這就是超固态。一個乒乓球大小的超固态物質,其質量可能大于1000噸。2016年1月,英國愛丁堡大學科學家利用鑽石對頂砧制造出某種極端高壓狀态,從而生成“第五狀态氫”,即超固态氫。
    中文名:超固體 外文名:Supersolid 性質:一種空間有序的材料 特征:超流動性、零粘滞力

提出

超固體的概念最早在1969年由俄國物理學家安德列也夫(Alexander Andreev)和栗弗席茲(Ilya Liftshitz)提出。他們認為當溫度接近絕對零度時,玻色子固體晶格中的空位(vacancies,理想晶體中移去一個原子将留下一個空位)将全部坍縮為相同的基态,即發生玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)。在超固态,空位将成為相幹的實體(coherent entity),可以在剩下的固體内不受阻礙地移動,就象超流體一樣。

隻有非常弱束縛的元素如氦(He)才會成為超固體,因為隻有它們的結構會受量子“零點能”有效的擾動從而留下空位。

發現

2004年賓州州立大學的Moses Chan和Eun-Seong Kim發現了超固體存在的證據。他們将固态氦-4樣品放入一個容器中,使容器在極低的溫度下以不同速度振蕩,從而測定氦-4樣品的轉動慣量。當轉速達到1000r/s,溫度低至約0.2開時,他們發現固氦的轉動慣量突然減小,其中有1%的樣品相對實驗室參照系保持靜止,而其餘99%正常轉動。稍後,他們發現在塊狀固态氦中,如果做相同的實驗将會發現類似的轉動慣量下降,Moses Chan得出的結論是:這1%保持靜止的固氦凝聚成為超固體,由于其類似于超流體零粘滞力的性質,另外99%的固氦可以不受任何摩擦力地從中“穿過”。

根據Reppy和Rittner的工作,無序在超固體的形成中發揮作用。M. Boninsegni等的計算機模拟則表明規則排列的缺陷如螺旋位錯可導緻超固體。

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