超固體

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更新時間: 2013-08-01

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超固體
超固體Supersolid
超固體是一種空間有序(比如固體或晶體)的材料,但同時還具有超流動性,超固體也譯作超固態。換句話說,超固體同時具有固體和流體的特性。當量子流體,比如He4冷卻到某特徵溫度以下時,He4將經歷超流轉變,進入一個零黏性的態。這個轉變被認為與發生玻色-愛因斯坦凝聚有關。
超固體最早是1969年由俄國物理學家安德列也夫(Alexander Andreev)和栗弗席茲(Ilya Liftshitz)提出的。他們認為當溫度接近絕對零度時,玻色子固體晶格中的空位(vacancies,理想晶體中移去一個原子將留下一個空位)將全部坍縮為相同的基態,即發生玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)。在超固態,空位將成為相干的實體(coherent entity),可以在剩下的固體內不受阻礙地移動,就象超流一樣。
只有非常弱束縛的元素如氦(He)才會成為超固體,因為只有它們的結構會受量子「零點能」 有效的擾動從而留下空位。
2004年賓州州立大學的Moses Chan和Eun-Seong Kim發現了超固體存在的證據。他們觀察裝有氦-4樣品的多孔玻璃盤的扭擺運動,這樣就可測出氦-4樣品的轉動慣量。當溫度低於175毫開時,他們發現固態氦4的轉動慣量突然減小,提示有2%的樣品發生凝聚成為超固體並相對實驗室參照系保持靜止。稍後,他們發現在塊狀固態氦中,如果作相同的實驗將會發現類似的轉動慣量下降,從而證實了他們的實驗結果(即發現了超固體)。
最近根據Reppy和Rittner的工作,無序在超固體的形成中發揮作用。M. Boninsegni等的計算機模擬則表明規則排列的缺陷如螺旋位錯可導致超固體。

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