量子转折：科学家加热液体创造出超固体结构

固体可以通过加热融化，但在量子世界中，也可以反过来： 在一项联合行动中，由奥地利因斯布鲁克的弗朗西斯卡-费拉伊诺领导的实验小组和丹麦奥胡斯的托马斯-波尔领导的理论小组在《自然-通讯》上展示了量子液体如何通过加热形成超固态结构。科学家们首次获得了有限温度下超固体的相图。

当量子液体被加热时，可以出现结晶结构。研究人员发现，加热量子液体可以形成超固态结构，它同时表现出固体和超流体的特性。这个国际合作团队创建了第一个相图，揭示了超固态的形成与温度的关系。资料来源：奥胡斯大学

超固体是一个相对较新和令人兴奋的研究领域。它们同时表现出固体和超流体的特性。2019年，三个研究小组首次在超冷量子气体中毫无疑问地证明了这种状态，其中包括来自因斯布鲁克大学实验物理系和因斯布鲁克奥地利科学院量子光学和量子信息研究所的弗朗西斯卡-费拉诺领导的研究小组。

2021年，弗兰西斯卡-费拉诺的团队详细研究了镝原子双极气体中超固体状态的生命周期。他们观察到了一些意想不到的东西。

Francesca Ferlaino团队的Claudia Politi回忆说："我们的研究数据表明，温度的增加促进了超固态结构的形成。这种令人惊讶的行为是对理论的一个重要推动，因为之前的理论很少关注这种情况下的热波动。"

因斯布鲁克的科学家们与托马斯-波尔领导的丹麦理论小组联合起来，探索热波动的影响。他们开发并在《自然通讯》上发表了一个理论模型，可以解释实验结果，并强调了加热量子液体可以导致量子晶体的形成这一论点。理论模型显示，随着温度的升高，这些结构可以更容易形成。

Francesca Ferlaino高兴地说："有了新的模型，我们现在第一次有了一个相图，显示了超固态的形成与温度的关系。这种令人惊讶的行为与我们的日常观察相矛盾，它是由镝的强磁性原子的偶极-偶极相互作用的各向异性引起的。"

这项研究是朝着更好地理解物质的超固态迈出的重要一步，由奥地利科学基金FWF、欧洲研究理事会ERC和欧盟等机构资助。