二維超固態量子氣體首度問世

　　科學家首次在實驗室中產生二維超固態量子氣體。

　　量子氣體非常適合研究物質相互作用的微觀結果。奧地利科學院量子光學與量子信息研究所和因斯布魯克大學等機構研究人員在實驗室中首次實現了二維超固態量子氣體。8月18日，相關論文刊登于《自然》。

　　科學家可以在實驗室中精確地控制極冷氣體云中的單個粒子，揭示出在日常世界中無法觀察到的現象。兩年前，Francesca Ferlaino領導的這個研究團隊就首次在磁性原子的超冷量子氣體中產生超固態。超固態同時具有典型的固體和超流體的特性。

　　研究人員發現，磁相互作用使原子自組織成液滴，并按照規則的模式排列。“通常情況下，你會認為每個原子都在一個特定的液滴中，沒有辦法進入它們之間。”團隊成員Matthew Norcia說，“然而，在超固態狀態下，每個粒子在所有液滴中都是離域的，同時存在于每個液滴中。”盡管存在空間秩序（超流體），但這種奇異的結構可以產生無摩擦流等效果。

　　但到目前為止，研究人員產生的量子氣體超固態只是一串液滴，即這些氣體系統只在一個方向上顯示出超固態。

　　通過與多個機構的研究人員合作，Ferlaino團隊通過在結構相變的兩側制備超固態鏑原子量子氣體，演示了超固態性質的二維擴展。“我們已經將這種現象擴展到二維，產生了兩行或多行液滴的系統。”Norcia說。這不僅是定量的改進，而且極大地拓寬了研究視角。例如，在一個二維超固態系統中，人們可以研究漩渦是如何在幾個相鄰水滴之間的孔中形成的。

　　Ferlaino表示，這些在理論上描述的渦旋雖然尚未被證實，但它們代表了超流體的一個重要結果。這項實驗為進一步研究這種物質狀態的基礎物理學創造了新機會。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03725-7