来自意大利国家纳米技术研究所(CNR Nanotec)和奥地利因斯布鲁克大学的科学家们组成的团队完成,并发表在权威期刊《Nature》上。研究的核心是利用激光与特殊材料的相互作用,创造出一种全新的超固体形态。具体而言,研究人员将激光射向一块经过特殊加工的砷化镓材料。这块材料表面带有独特的脊状结构,当激光击中这些结构时,光与材料之间发生了复杂的相互作用,形成了极化激元——一种介于光子和物质之间的混合粒子。
这些极化激元在脊状结构的限制下,被迫按照预设的方式排列,最终形成了超固体。这一过程不仅展示了量子力学的奇妙,也为超固体的研究开辟了全新的方向。
验证这种由光构成的超固体并非易事,因为此前从未有人制造出类似的物质。然而,研究人员通过一系列复杂的实验,成功证明了这种超固体既具有固体的稳定性,又具备流体的流动性,且完全没有黏度。这一发现不仅证实了超固体的新形态,也为未来的量子技术提供了新的可能性。
研究团队利用光子晶体波导中的极化激元凝聚态,通过在砷化镓材料上加工特殊脊状结构,实现了光子超固体。实验中,激光射向这些脊状结构,光与材料相互作用产生极化激元——一种光与物质的混合粒子。这些极化激元在脊状结构的限制下,形成了能量简并的光学参量振荡(OPO),从而自发地打破了平移对称性,形成了超固体。实验中,团队通过测量极化激元态的密度调制,精确地检测到了超固体的形成。
实验中,团队成功观测到了超固体的密度调制,其幅度约为2.6%,表明超固体的形成。这种超固体不仅具有固体的结构特性,还表现出流体的流动性,且无黏度。实验中,超固体的形成伴随着明显的密度调制,其波矢为kr,且随着激发功率的增加,能量和波矢均发生了非线性变化。此外,团队还通过干涉测量技术,直接观测到了超固体的局域和全局相干性,证明了超固体的长程有序性。这些发现不仅验证了超固体的特性,还展示了光子超固体在量子技术中的潜在应用价值。
这项研究的领导者之一Dimitrios Trypogeorgos表示:“我们的工作不仅证明了光可以被转化为超固体,还为未来的量子技术提供了一个全新的平台。这种超固体的独特性质可能会在多个领域带来突破性的应用。”
总之,这次实验的成功不仅标志着超固体研究的一个重要里程碑,也为量子物理学的未来发展带来了无限遐想。
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