物理學(xué)家揭示了隱藏在量子世界中的新物質(zhì)狀態(tài)

您熟悉物質(zhì)狀態(tài)我們每天都會(huì)遇到固體、液體和氣體，但在更奇特和極端的條件下，可能會(huì)出現(xiàn)新的狀態(tài)，來(lái)自美國(guó)和中國(guó)的科學(xué)家今年早些時(shí)候發(fā)現(xiàn)了一種狀態(tài)。

他們稱(chēng)之為手性玻色-液體態(tài)，就像我們發(fā)現(xiàn)的每一種新粒子排列一樣，它可以告訴我們更多關(guān)于我們周?chē)钪娴慕Y(jié)構(gòu)和機(jī)制——特別是在超小的量子尺度上。

物質(zhì)狀態(tài)描述了粒子如何相互作用，從而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和各種行為方式。將原子鎖定到位，你就有了固體。讓它們流動(dòng)，你有液體或氣體。強(qiáng)制帶電的伙伴關(guān)系分開(kāi)，你就有了等離子體。

量子景觀為粒子提供了更奇怪的相互作用方式，允許從可能性和能量方面最好地描述獨(dú)特的行為。

研究人員通過(guò)受挫的量子系統(tǒng).簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它是一個(gè)具有內(nèi)置約束的系統(tǒng)，可以防止粒子像往常一樣相互作用（因此令人沮喪）。

這些限制——以及由此產(chǎn)生的挫敗感——可以為科學(xué)家創(chuàng)造令人興奮的結(jié)果。在這里，研究人員專(zhuān)注于電子，并使用派對(duì)游戲的類(lèi)比來(lái)解釋正在發(fā)生的事情。

“這就像一場(chǎng)音樂(lè)椅游戲，旨在挫敗電子，”說(shuō)馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的理論凝聚態(tài)物理學(xué)家Tigran Sedrakyan。

“不是每個(gè)電子都有一把椅子可以去，它們現(xiàn)在必須爭(zhēng)先恐后，在他們坐的地方有很多可能性。

研究人員組合在一起的系統(tǒng)是一個(gè)具有兩層的半導(dǎo)體器件：頂層富含電子，底層有許多可供電子自然進(jìn)入的空穴。轉(zhuǎn)折點(diǎn)？沒(méi)有足夠的空穴容納所有的電子。

盡管這種系統(tǒng)仍然難以觀察，但該團(tuán)隊(duì)使用超強(qiáng)磁場(chǎng)來(lái)測(cè)量電子的運(yùn)動(dòng)方式，揭示了新的手性玻色液態(tài)的第一個(gè)證據(jù)。

“在半導(dǎo)體雙層的邊緣，電子和空穴以相同的速度移動(dòng)，”說(shuō)中國(guó)南京大學(xué)物理學(xué)家杜玲杰。

“這導(dǎo)致了螺旋狀傳輸，隨著電子和空穴通道在更高的磁場(chǎng)下逐漸分離，外部磁場(chǎng)可以進(jìn)一步調(diào)制。

這種新?tīng)顟B(tài)揭示了一些相當(dāng)有趣的特性。例如，電子將在絕對(duì)零度時(shí)凍結(jié)成可預(yù)測(cè)的模式和固定的自旋方向，并且不會(huì)受到其他粒子或磁場(chǎng)的干擾。這種穩(wěn)定性可以在量子級(jí)數(shù)字存儲(chǔ)系統(tǒng)中應(yīng)用。

更重要的是，由于相對(duì)長(zhǎng)程的量子，影響一個(gè)電子的外部粒子可以影響系統(tǒng)中的所有電子糾纏.這就像將一個(gè)母球砸進(jìn)一堆臺(tái)球，然后所有這些球都朝著同一個(gè)方向移動(dòng)作為回應(yīng)——另一個(gè)可能有用的發(fā)現(xiàn)。

雖然這一切都涉及非常高水平的物理學(xué)，每個(gè)發(fā)現(xiàn)都是這樣的– 這些發(fā)生在常見(jiàn)粒子相互作用邊界之外的怪癖和邊緣情況 – 讓我們更接近于完全了解我們的世界。

“你會(huì)發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的量子態(tài)在這些邊緣，它們比我們?cè)谌粘Ｉ钪杏龅降娜N經(jīng)典狀態(tài)要狂野得多。說(shuō)塞德拉基揚(yáng)。

該研究已發(fā)表在自然界.

本文最初發(fā)表于2023年6月。

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