什么是超固体?
什么是超固体?

发表者:{burning}burning 8-29 [ 1]

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  超固体是一种空间有序(比如固体或晶体)的材料,但同时还具有超流动性,超固体也译作超固态。换句话说,超固体同时具有固体和流体的特性。当量子流体,比如He4冷却到某特征温度以下时,He4将经历超流转变,进入一个零黏性的态。这个转变被认为与发生玻色-爱因斯坦凝聚有关。
  超固体最早是1969年由俄国物理学家安德列也夫(Alexander Andreev)和栗弗席兹(Ilya Liftshitz)提出的。他们认为当温度接近绝对零度时,玻色子固体晶格中的空位(vacancies,理想晶体中移去一个原子将留下一个空位)将全部坍缩为相同的基态,即发生玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)。
  在超固态,空位将成为相干的实体(coherent entity),可以在剩下的固体内不受阻碍地移动,就象超流一样。 只有非常弱束缚的元素如氦(He)才会成为超固体,因为只有它们的结构会受量子“零点能” 有效的扰动从而留下空位。
  2004年宾州州立大学的Moses Chan和Eun-Seong Kim发现了超固体存在的证据。他们观察装有氦-4样品的多孔玻璃盘的扭摆运动,这样就可测出氦-4样品的转动惯量。当温度低于175毫开时,他们发现固态氦4的转动惯量突然减小,提示有2%的样品发生凝聚成为超固体并相对实验室参照系保持静止。稍后,他们发现在块状固态氦中,如果作相同的实验将会发现类似的转动惯量下降,从而证实了他们的实验结果(即发现了超固体)。
  最近根据Reppy和Rittner的工作,无序在超固体的形成中发挥作用。M. Boninsegni等的计算机模拟则表明规则排列的缺陷如螺旋位错可导致超固体。
  超固体是物质的矛盾相,它既有晶体态中原子规则排布的特征,又可以像超流体一样无摩擦流动。两年前,三个独立研究团队首次成功在三个涉及偶极原子量子气体的实验中观察到了超固体的特征。磁性原子的相互作用特性使得这种自相矛盾的物质量子力学状态能够在实验室中产生。

回答评级:★★★☆☆☆☆☆☆ 回答者:{heyse}heyse 8-31

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