초솔리드

Supersolid
응집 물질 물리학
QuantumPhaseTransition.svg
단계 · 상전이 · QCP
물질 상태
단단한 · 액체. · 가스 · 플라즈마 · 보스-아인슈타인 응축수 · 보스 가스 · 페르미온 응축수 · 페르미 가스 · 페르미 액체 · 초솔리드 · 초유동성 · 루팅거액 · 시간 결정
위상 현상
Order 파라미터 · 상전이 · QCP
전자 단계
전자 밴드 구조 · 플라즈마 · 절연체 · 모트 인슐레이터 · 반도체 · 세미메탈 · 컨덕터 · 초전도체 · 열전 · 압전 · 강유전체 · 위상 절연체 · 스핀 갭리스 반도체
전자 현상
양자 홀 효과 · 스핀 홀 효과 · 곤도 효과
자기상
반자성 · 슈퍼다이아마그넷
파라마그넷 · 슈퍼파라매그넷
강자석 · 반강자석
메타자성 · 스핀글라스
준입자
포논 · 엑시톤 · 플라스몬
폴라리톤 · 폴라론 · 매그논
연질 물질
비정질 고체 · 콜로이드 · 입상 재료 · 액정 · 고분자
과학자
반데르발스 · 온네스 · 폰 라우에 · 브래그 · 데비 · 블로치 · 온사게 · 모트 · 피어스 · 란다우 · 루팅거 · 앤더슨 · 반 브렉 · 허바드 · 쇼클리 · 바딘 · 쿠퍼 · 슈리퍼 · 조지프슨 · 루이 니엘 · 에사키 · 지아에버 · 콘 · 카다노프 · 피셔 · 윌슨 · 폰 클리칭 · 비니그 · 로러 · 베드노르즈 · 뮐러 · 러플린 · 슈퇴르메르 · 양 · 추이 · 아브리코소프 · 긴츠부르크 · 레겟 · 파리시

응집물질 물리학에서 초고체는 초유체 특성을 가진 공간적으로 순서가 매겨진 물질이다.헬륨-4의 경우 1960년대부터 초고체를 [1]만들 수 있을 것으로 추측되어 왔다.2017년부터 원자 보스-아인슈타인 [2]응축물을 사용한 여러 실험을 통해 이 상태의 존재에 대한 결정적인 증거가 제시되었다.특정 물질에서 과당이 나타나기 위해 필요한 일반적인 조건은 현재 진행 중인 연구 주제이다.

배경

초고체란 입자가 단단하고 공간적으로 질서 있는 구조를 형성하지만 점도가 0인 상태로 흐르는 물질의 특별한 양자 상태입니다.이는 흐름, 특히 점도가 0인 초유체 흐름이 유체 상태(예: 초전도 전자와 중성자 유체, Bose-Ainstein 응축물이 있는 기체, 또는 충분히 낮은 온도에서 헬륨-4나 헬륨-3과 같은 비전통적인 액체)에 독점적인 특성이라는 직관과 배치된다.50년 이상 동안 초고체 국가가 [3]존재할 수 있을지는 불분명했다.

헬륨을 이용한 실험

몇몇 실험들이 부정적인 결과를 낳았지만, 1980년대에 John Goodkind는 [4]초음파를 이용하여 고체에서 첫 번째 이상을 발견했다.그의 관찰에 영감을 받아 2004년 펜실베니아 주립대학의 김은성과 모제스 챈은 초고체적 [5]행동으로 해석되는 현상을 보았다.구체적으로는 비틀림 발진기의 비고전적 관성[6] 회전 모멘트를 관찰했습니다.이 관찰은 고전적인 모델로는 설명할 수 없었지만 발진기 안에 포함된 헬륨 원자의 극소수의 초유체 같은 행동과 일치했다.

이러한 관찰은 결정 결함이나 헬륨-3 불순물이 수행하는 역할을 밝혀내기 위한 많은 후속 연구를 촉발시켰다.추가 실험은 헬륨에 진정한 초고체 존재에 대해 의문을 제기했습니다.가장 중요한 것은 관측된 현상이 [7]헬륨의 탄성 특성 변화에 의해 크게 설명될 수 있다는 것이다.2012년, Chan은 그러한 기여를 없애기 위해 고안된 새로운 기기로 그의 원래 실험을 반복했다.이 실험에서, Chan과 그의 공동 저자들은 [8]과당화의 증거를 발견하지 못했다.

초콜드 양자 가스를 이용한 실험

2017년 ETH 취리히와 MIT의 두 연구 그룹은 초고체 특성을 가진 초고체 양자 가스의 생성에 대해 보고했다.취리히 그룹은 두 개의 광학 공진기 안에 보스-아인슈타인 응축물을 배치했는데, 이는 Bose-아인슈타인 [9][10]응축물의 고유 초유체를 유지하는 고체를 형성하기 시작할 때까지 원자 상호작용을 강화했다.이 설정은 원자가 외부에서 가해지는 격자 구조의 부위에 고정되는 특수 형태의 초고체, 이른바 격자 초고체를 실현합니다.MIT 그룹은 이중 웰 전위의 보스-아인슈타인 응축수를 효과적인 스핀-오빗 결합을 만든 빛 빔에 노출시켰다.두 개의 스핀-오빗 결합 격자 부위의 원자 간 간섭은 특징적인 밀도 [11][12]변조를 일으켰다.

2019년 슈투트가르트, 플로렌스, 인스브루크의 3개 그룹이 란타니드 원자로 형성된 쌍극자 보스-아인슈타인 응축물에서[13] 초고형 특성을 관찰했다.이러한 시스템에서, 초산도는 외부 광학 격자의 필요 없이 원자 상호작용으로부터 직접 나타난다.이것은 또한 초유체 흐름을 직접 관찰하는 것을 용이하게 했고,[14][15] 따라서 물질의 초고체 상태의 존재에 대한 결정적인 증거였다.

2021년 디스프로슘은 2차원 초고체 양자 [16]가스를 만드는 데 사용되었다.2022년에는 같은 팀이 라운드 [17]트랩에 초솔리드 디스크를 만들었습니다.

2021년에는 Bose-Ainstein 응축수를 사용한 공초점 공동 QED를 사용하여 고체의 핵심 특성인 진동을 가진 초고체를 만들었다.즉, 16cm/s의 [18]음속을 나타내는 골드스톤 모드 분산의 격자 포논을 가진 초솔리드가 만들어졌다.

이론.

이 상태의 대부분의 이론에서는 이상적인 결정의 입자가 일반적으로 차지하는 빈 부위가 고산성으로 이어진다고 가정합니다.이러한 공백은 0점 에너지에 의해 발생하며, 또한 파도로 인해 사이트 간에 이동하게 됩니다.공실은 보손이기 때문에, 그러한 공실 구름이 매우 낮은 온도에서 존재할 수 있다면, 공실 Bose-Ainstein 응축은 켈빈의 몇 10분의 1 미만의 온도에서 발생할 수 있다.공실의 일관된 흐름은 반대 방향의 입자의 "슈퍼 플로우"(무마찰 흐름)와 같습니다.각 격자 부위에는 평균 1개 미만의 입자가 존재하지만 결정의 질서 있는 구조는 유지됩니다.또는 슈퍼솔리드는 슈퍼유체에서도 출현할 수 있습니다.원자 보스-아인슈타인 응축물에 대한 실험에서 실현된 이 상황에서 공간적으로 순서가 매겨진 구조는 초유체 밀도 분포 위에 변조된다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Chester, G. V. (1970). "Speculations on Bose–Einstein Condensation and Quantum Crystals". Physical Review A. 2 (1): 256–258. Bibcode:1970PhRvA...2..256C. doi:10.1103/PhysRevA.2.256.
  2. ^ Donner, Tobias (2019-04-03). "Viewpoint: Dipolar Quantum Gases go Supersolid". Physics. 12. doi:10.1103/Physics.12.38.
  3. ^ Balibar, Sebastien (March 2010). "The enigma of supersolidity". Nature. 464 (7286): 176–182. Bibcode:2010Natur.464..176B. doi:10.1038/nature08913. ISSN 1476-4687. PMID 20220834. S2CID 4303097.
  4. ^ Chalmers, Matthew (2007-05-01). "The quantum solid that defies expectation". Physics World. Retrieved 2009-02-25.
  5. ^ Kim, E.; Chan, M. H. W. (2004). "Probable Observation of a Supersolid Helium Phase". Nature. 427 (6971): 225–227. Bibcode:2004Natur.427..225K. doi:10.1038/nature02220. PMID 14724632. S2CID 3112651.
  6. ^ Leggett, A. J. (1970-11-30). "Can a Solid Be "Superfluid"?". Physical Review Letters. 25 (22): 1543–1546. Bibcode:1970PhRvL..25.1543L. doi:10.1103/PhysRevLett.25.1543. S2CID 122591300.
  7. ^ Day, James; Beamish, John (December 2007). "Low-temperature shear modulus changes in solid 4 He and connection to supersolidity". Nature. 450 (7171): 853–856. arXiv:0709.4666. Bibcode:2007Natur.450..853D. doi:10.1038/nature06383. ISSN 1476-4687. PMID 18064007. S2CID 4411989.
  8. ^ Voss, David (2012-10-08). "Focus: Supersolid Discoverer's New Experiments Show No Supersolid". Physics. 5: 111. Bibcode:2012PhyOJ...5..111V. doi:10.1103/physics.5.111.
  9. ^ Würsten, Felix (1 March 2017). "Crystalline and liquid at the same time". ETH Zurich. Retrieved 2018-01-18.
  10. ^ Léonard, Julian; Morales, Andrea; Zupancic, Philip; Esslinger, Tilman; Donner, Tobias (1 March 2017). "Supersolid formation in a quantum gas breaking a continuous translational symmetry". Nature. 543 (7643): 87–90. arXiv:1609.09053. Bibcode:2017Natur.543...87L. doi:10.1038/nature21067. PMID 28252072. S2CID 4459567.
  11. ^ Keller, Julia C. (March 2, 2017). "MIT researchers create new form of matter". MIT News. Retrieved 2018-01-18.
  12. ^ Li, Jun-Ru; Lee, Jeongwon; Huang, Wujie; Burchesky, Sean; Shteynas, Boris; Top, Furkan Çağrı; Jamison, Alan O.; Ketterle, Wolfgang (1 March 2017). "A stripe phase with supersolid properties in spin–orbit-coupled Bose–Einstein condensates". Nature. 543 (7643): 91–94. arXiv:1610.08194. Bibcode:2017Natur.543...91L. doi:10.1038/nature21431. PMID 28252062. S2CID 4463520.
  13. ^ Donner, Tobias (April 3, 2019). "Viewpoint: Dipolar Quantum Gases go Supersolid". APS Physics. Retrieved 2019-04-19.
  14. ^ Guo, Mingyang; Böttcher, Fabian; Hertkorn, Jens; Schmidt, Jan-Niklas; Wenzel, Matthias; Büchler, Hans Peter; Langen, Tim; Pfau, Tilman (October 2019). "The low-energy Goldstone mode in a trapped dipolar supersolid". Nature. 574 (7778): 386–389. arXiv:1906.04633. Bibcode:2019Natur.574..386G. doi:10.1038/s41586-019-1569-5. ISSN 1476-4687. PMID 31499511. S2CID 184488202.
  15. ^ Tanzi, L.; Roccuzzo, S. M.; Lucioni, E.; Famà, F.; Fioretti, A.; Gabbanini, C.; Modugno, G.; Recati, A.; Stringari, S. (October 2019). "Supersolid symmetry breaking from compressional oscillations in a dipolar quantum gas". Nature. 574 (7778): 382–385. arXiv:1906.02791. Bibcode:2019Natur.574..382T. doi:10.1038/s41586-019-1568-6. ISSN 1476-4687. PMID 31499510. S2CID 174801325.
  16. ^ Norcia, Matthew A.; Politi, Claudia; Klaus, Lauritz; Poli, Elena; Sohmen, Maximilian; Mark, Manfred J.; Bisset, Russell N.; Santos, Luis; Ferlaino, Francesca (August 2021). "Two-dimensional supersolidity in a dipolar quantum gas". Nature. 596 (7872): 357–361. arXiv:2102.05555. Bibcode:2021Natur.596..357N. doi:10.1038/s41586-021-03725-7. ISSN 1476-4687. PMID 34408330. S2CID 231861397.
  17. ^ Bland, Thomas; Poli, Elena; Politi, Claudia; Lauritz, Klaus; Norcia, Matthew A.; Ferlaino, Francesca; Santos, Luis; Bisset, Russell N. (13 May 2022). "Two-dimensional supersolidity in a circular trap". Phys. Rev. Lett. 128 (19): 195302. arXiv:2107.06680. doi:10.1103/PhysRevLett.128.195302. PMID 35622047. S2CID 248781709. Retrieved 15 May 2022.
  18. ^ Guo, Yudan; Kroeze, Ronen M.; Marsh, Brendan P.; Gopalakrishnan, Sarang; Keeling, Jonathan; Lev, Benjamin L. (2021). "An optical lattice with sound". Nature. 599 (7884): 211–215. arXiv:2104.13922. Bibcode:2021Natur.599..211G. doi:10.1038/s41586-021-03945-x. hdl:10023/25329. ISSN 1476-4687. PMID 34759361. S2CID 233423569.

외부 링크