物理學家揭示了隱藏在量子世界中的新物質狀態(tài)

您熟悉物質狀態(tài)我們每天都會遇到固體、液體和氣體，但在更奇特和極端的條件下，可能會出現(xiàn)新的狀態(tài)，來自美國和中國的科學家今年早些時候發(fā)現(xiàn)了一種狀態(tài)。

他們稱之為手性玻色-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于我們周圍宇宙的結構和機制——特別是在超小的量子尺度上。

物質狀態(tài)描述了粒子如何相互作用，從而產生結構和各種行為方式。將原子鎖定到位，你就有了固體。讓它們流動，你有液體或氣體。強制帶電的伙伴關系分開，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特的行為。

研究人員通過受挫的量子系統(tǒng).簡單來說，它是一個具有內置約束的系統(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——以及由此產生的挫敗感——可以為科學家創(chuàng)造令人興奮的結果。在這里，研究人員專注于電子，并使用派對游戲的類比來解釋正在發(fā)生的事情。

“這就像一場音樂椅游戲，旨在挫敗電子，”說馬薩諸塞大學阿默斯特分校的理論凝聚態(tài)物理學家Tigran Sedrakyan。

“不是每個電子都有一把椅子可以去，它們現(xiàn)在必須爭先恐后，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)是一個具有兩層的半導體器件：頂層富含電子，底層有許多可供電子自然進入的空穴。轉折點？沒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，但該團隊使用超強磁場來測量電子的運動方式，揭示了新的手性玻色液態(tài)的第一個證據(jù)。

“在半導體雙層的邊緣，電子和空穴以相同的速度移動，”說中國南京大學物理學家杜玲杰。

“這導致了螺旋狀傳輸，隨著電子和空穴通道在更高的磁場下逐漸分離，外部磁場可以進一步調制。

這種新狀態(tài)揭示了一些相當有趣的特性。例如，電子將在絕對零度時凍結成可預測的模式和固定的自旋方向，并且不會受到其他粒子或磁場的干擾。這種穩(wěn)定性可以在量子級數(shù)字存儲系統(tǒng)中應用。

更重要的是，由于相對長程的量子，影響一個電子的外部粒子可以影響系統(tǒng)中的所有電子糾纏.這就像將一個母球砸進一堆臺球，然后所有這些球都朝著同一個方向移動作為回應——另一個可能有用的發(fā)現(xiàn)。

雖然這一切都涉及非常高水平的物理學，每個發(fā)現(xiàn)都是這樣的– 這些發(fā)生在常見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。

“你會發(fā)現(xiàn)物質的量子態(tài)在這些邊緣，它們比我們在日常生活中遇到的三種經典狀態(tài)要狂野得多。說塞德拉基揚。

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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