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通过实验研究,中国多个机构的物理学家团队首次观察到超固体相的材料。在《自然》杂志上发表的论文中,该小组描述了他们为完成这一壮举而进行的实验及其影响。《自然》杂志在同一期杂志上发表了一份研究简报,概述了该团队在这方面所做的工作。
超固体是一种看似矛盾的材料——它被定义为刚性的,但也具有超流动性,液体在其中流动时没有摩擦。 20 世纪 70 年代,安东尼·莱格特 (Anthony Leggett) 的理论工作表明这种材料是可能的。但到目前为止,还没有人能够在自然界中找到它或在实验室中合成它。
为了创造超固体,参与这项新研究的研究人员从一种名为 NBCP 的化合物开始,它具有原子排列成三角形晶格的独特属性。研究小组发现,这意味着如果将其放置在磁场中,其所有原子都会朝同一方向旋转。
但是当磁铁被移除时,所有原子都试图以与相邻原子相反的自旋来定向自己,但由于它们排列成三角形,因此由于可能的方向有限而产生了“挫败感”。这一观察结果表明,在适当的条件下,NBCP 可以作为超固体存在。
为了创造合适的条件,研究人员建造了一种设备来测量材料暴露在磁场中时的磁热效应,而不必担心热泄漏。这使他们能够绘制熵状态,进而使他们能够检测原子的自旋状态及其跃迁。他们将研究结果与理论计算进行了比较,并确定他们走在正确的道路上。
然后他们进行了中子衍射测量并将其与理论计算进行了比较,再次发现了一致。总之,这些测量使他们得出结论:他们观察到了一种处于超固态的材料。
这项观测有望为研究量子现象和模拟新型材料开辟新的可能性。
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