物理科學：破壞結晶順序以恢復超流動性？
如果你能破壞量子物質的晶體順序，以便超流體即使在溫度和壓力通常不能自由流動的情況下怎麼辦？由漢堡大學的Ludwig Mathey和Andreas Hemmerich領導的科學家小組證明了這一想法。
冷凍水需要從物質的一個相變為另一個相，稱為相變。雖然這種轉變，就像在自然界中出現的無數其他轉變一樣，通常發生在相同的固定條件下 - 在這種情況下，冰點 - 它可能以受控的方式受到影響。可以控制冷凍過渡以產生果汁冰糕或泥漿。為了製造具有完美一致性的冷清爽的泥漿，帶有不斷旋轉葉片的搪塑機可防止水分子結晶並將泥漿變成堅固的冰塊。
想象一下以同樣的方式控制量子物質。量子物質可以形成超流體，而不是形成正常的液體，如在太陽下融化的泥漿。這種違反直覺的物質形式首先在極低溫度下在液氦中觀察到，絕對零度以上小於2開爾文。氦原子具有形成晶體的強烈傾向，如泥漿中的水分子，這將氦的超流態限制在非常低的溫度和低壓。
但是，如果你可以在你的雪泥機中開啟量子物質的刀片怎麼辦？如果你能破壞結晶順序以便超流體可以自由流動，即使在溫度和壓力通常不會流動的情況下怎麼辦？這是由漢堡大學的Ludwig Mathey和Andreas Hemmerich領導的科學家團隊所展示的想法。它們以可控的方式破壞量子系統中的晶體有序，通過在其上發光以特定頻率振盪。物理學家使用術語“駕駛”來描述應用於系統的這種週期性變化 - 由泥漿機器中的攪拌葉片執行的動作。他們的作品發表在“物理評論快報”上，確定了具有競爭階段的典型系統如何響應外部週期性駕駛的基本機制。
研究人員研究了放置在兩個高反射鏡之間的冷原子氣體。這些反射鏡形成一個空腔，用作光子的諧振器，因為在實驗中檢測到原子之前，原子將它們多次散射。為了提供光子源，外部泵浦激光束指向原子雲。
類似於水將其相從液態變為冰，這種光物質系統表現出量子相變。當泵浦光束的強度變得足夠強時，來自初始均勻氣體的原子以棋盤圖案自發地組織起來。自組織是以超流體為代價的，超流體受結晶順序的抑制。這是競爭本質上的眾多例子之一，其中一個階段勝過另一個階段。研究人員表明，通過一點點的“驅動”，你可以在這個例子中表現出平衡，有利於弱者 - 超流體階段。“我們從計算機模擬中觀察到，泵浦強度的週期性調製會破壞主導的自組織階段，”主要作者Jayson Cosme解釋道。“這使得先前不穩定的均相能夠重新出現並恢復超流體。它是光誘導的超流體。
然後科學家們在Andreas Hemmerich小組進行的實驗中觀察了他們的預測。“直觀地說，人們可能會期望，如果我們動搖系統，它所做的一切都會升溫。看到量子液重新出現的明顯標誌是很有趣的，”Andreas Hemmerich解釋道。
在其他物理系統中也提出了由外部驅動力引起的相位的增強或抑制。例如，在高溫超導體中，激光脈衝可以熔化平衡主導條紋順序，為超導性的出現鋪平了道路 - 一種稱為光誘導超導的現象。有助於解釋這一過程的基本機制仍然是一個爭論的主題。“我們提出了這種超流體光控制，以證明光誘導超導的假設原理，”Ludwig Mathey解釋道。根據這一發現，冷原子物理學展示了控制相變的一般反直覺機制在多體系統中。它開啟了固態物理學的新篇章，科學家們不僅可以測量物質的平衡特性，而且可以通過光控制設計具有所需特性的非平衡狀態。
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