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 石墨烯实验首观察到超流体停止流动，转变成超固体
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【卡城华人网 www.calgarychina.ca】 2026-02-03 11:36 免责声明： 本消息未经核实，不代表网站的立场、观点，如有侵权，请联系删除。 |
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在量子物理与凝态物理中， 超流体（superfluid） 被视为近乎「完美」的流体，理论上能不停流动，然而一项基于石墨烯系统的新实验最近首次发现超流体「自己停止流动」，似乎冻结成超固体，显现前所未见的新量子物质态。 
（图来源：德克萨斯大学奥斯汀分校） 普通物质冷却会从气体转变为液体，再冷却就冻结成固体，但量子物质行为截然不同。 20 世纪初，研究人员发现氦冷却会从看似普通的气体转变成超流体（Superfluid）──流动时不会损失任何能量。 超流体是一种物质在极低温度下展现的奇异量子态，具零黏滞性（Zero Viscosity）、无限热导率等反直觉特性，简单来说，它是一种「完全没有摩擦力」的流体，一旦开始流动，只要不受外力干扰就能永无止尽地流动，甚至能沿着容器壁向上爬升直到溢出。 这也给物理学家留下更有趣谜题：若进一步冷却超流体，它会进入另一种全新未知阶段，还是停留在「无摩擦流动」结局？该问题自首次提出以来还没得到解答。 直到最近，一个基于双层石墨烯的新实验暗示意想不到结果，哥伦比亚大学物理学家Cory Dean、德克萨斯大学奥斯汀分校物理学家Jia Li 团队首观察到超流体经历相变停止流动，看似变成超固体。 超固体（Supersolid）既有液体也有固体特性，和经典固体一样结晶，但所有分子都表现得像同一分子，黏度为零，能展现与超流体非常相似的无摩擦流动，同时维持其晶格结构。 2021 年科学家首次成功利用镝原子制造出二维超固体，但还没有科学家明确观察到氦或其他自然物质从超流体转变成超固体，自发形成的超固体机制仍是个谜。 研究人员可藉由控制温度、电磁场、石墨烯层与层之间的距离等条件，微调石墨烯这种二维材料特性，石墨烯也能透过堆叠方式容纳激子，只要将仅原子薄的石墨烯层叠在一起，其中一层具额外电子、另一层具额外电洞，就能形成准粒子激子；再添加强磁场，激子就能形成超流体。 当哥伦比亚大学、德克萨斯大学研究人员控制石墨烯实验样品中的激子，发现准粒子密度和温度存在意想不到的关系：在高密度下，激子表现得像超流体，但随着密度降低，它们停止移动并变成绝缘体。当研究人员提高温度，超流体特性又恢复，强烈表明这是种极不寻常的激子固体。 团队还无法笃定这种新物质态就是超固体，必须建造新工具直接测量它，但与氦相比，激子轻数千倍，可能在更高温度形成超流体和超固体等量子态，帮助研究人员探讨极端条件出现的神秘量子相。 来源：科技新报 编辑(Edit) 删除(Delete) |
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