科學家首次在室溫下實現「液態光」

液態光長啥樣?

科學家首次在室溫下實現“液態光”

2017年6月,物理學家首次在室溫下實現了“液態光”,這一突破使得這一特殊形態的光比以往更觸手可及。

這種物質既是超流體又是一種玻色-愛因斯坦凝聚物(Bose-Einstein condensate)。超流體的摩擦力和黏度均為零;玻色-愛因斯坦凝聚物則常被稱為物質的第五形態,它可以環繞著物體流動、到達每個角落。

常態光總是以直線形式傳播,如同波浪一般,偶爾像粒子。這就是你無法全方位地看到整個角落或物體的原因。然而,在極端條件下,光可以像液體一樣傳播,真正地圍繞著整個物體流動。

玻色-愛因斯坦凝聚物吸引了眾多物理學家,原因在於:一旦物質處於這一形態,傳統的物理規則就會轉變為量子物理學,物質屬性開始更偏向于波的性質。

液態光形成於接近絕對零度的環境下,存在的時間僅為幾分之一秒。

然而,在這項研究中,研究人員使用獨特的光和物質混合物,在室溫下製作出玻色-愛因斯坦凝聚物

,其獨特程度絕不遜於“科學怪人”。

本項研究的領導者是來自意大利CNR NANOTEC納米科技研究的Daniele Sanvitto,他說:“我們在研究中發現了一個極為重大的現象——當使用極化激元這一光物質粒子時,超流體能夠存在於室溫環境中。”

創造極化激元涉及一些重大設備和納米級工程。

科學家用兩個超反射鏡夾著一個厚度為130納米的有機分子層,並使用35飛秒的激光脈衝對這一夾層進行衝擊(1飛秒為千萬億分之一秒)。

“由於分子間存在電子,我們可以通過這種方式把光子的特性——如光子的有效質量及其高速——與強相互作用結合起來,”團隊成員之一、來自加拿大蒙特利爾大學工學院的Stéphane Kéna-Cohen說。

這一研究產生的“超流體”有著一些特殊屬性。

在正常條件下,液體流動會產生波紋和旋渦——但超流體不會產生這些現象。

正如下圖所示,極化激元流在非超流體中受到了干擾,如同普通情況下的液體流產生波紋,但超流體中的極化激元不會受到干擾:

科學家首次在室溫下實現“液態光”

非超流體(上圖)和超流體(下圖)中極化激元流遇到障礙物的反應。(圖片來自蒙特利爾大學工學院)

Kéna-Cohen說:“在超流體中,液體波動會被阻礙物抑制,這使得液體流保持原狀,不受干擾。”

研究人員表示,這一研究成果不僅為量子流體力學的新研究鋪平了道路,還為先進未來科技所需的室溫極化設備提供了條件,如生產用於LED、太陽能板和激光器等器件的超導材料。

團隊指出:“液體光能夠存在於室溫環境中這一突破擦出了無數未來鉅作的火花,由此引發的不僅是關於玻色-愛恩斯特凝聚物基本原理的相關研究,還有未來光子超流體器件的構建和設計,這些器件可實現零損耗,形成前所未有的新現象。”

蝌蚪五線譜編譯自sciencealert,譯者 李二寶,轉載須授權

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