量子轉折：科學家加熱液體創造出超固體結構

固體可以通過加熱融化，但在量子世界中，也可以反過來： 在一項聯合行動中，由奧地利因斯布魯克的弗朗西斯卡-費拉伊諾領導的實驗小組和丹麥奧胡斯的托馬斯-波爾領導的理論小組在《自然-通訊》上展示了量子液體如何通過加熱形成超固態結構。科學家們首次獲得了有限溫度下超固體的相圖。

當量子液體被加熱時，可以出現結晶結構。研究人員發現，加熱量子液體可以形成超固態結構，它同時表現出固體和超流體的特性。這個國際合作團隊創建了第一個相圖，揭示了超固態的形成與溫度的關系。資料來源：奧胡斯大學

超固體是一個相對較新和令人興奮的研究領域。它們同時表現出固體和超流體的特性。2019年，三個研究小組首次在超冷量子氣體中毫無疑問地證明了這種狀態，其中包括來自因斯布魯克大學實驗物理系和因斯布魯克奧地利科學院量子光學和量子信息研究所的弗朗西斯卡-費拉諾領導的研究小組。

2021年，弗蘭西斯卡-費拉諾的團隊詳細研究了鏑原子雙極氣體中超固體狀態的生命周期。他們觀察到了一些意想不到的東西。

Francesca Ferlaino團隊的Claudia Politi回憶說："我們的研究數據表明，溫度的增加促進了超固態結構的形成。這種令人驚訝的行為是對理論的一個重要推動，因為之前的理論很少關注這種情況下的熱波動。"

因斯布魯克的科學家們與托馬斯-波爾領導的丹麥理論小組聯合起來，探索熱波動的影響。他們開發并在《自然通訊》上發表了一個理論模型，可以解釋實驗結果，并強調了加熱量子液體可以導致量子晶體的形成這一論點。理論模型顯示，隨著溫度的升高，這些結構可以更容易形成。

Francesca Ferlaino高興地說："有了新的模型，我們現在第一次有了一個相圖，顯示了超固態的形成與溫度的關系。這種令人驚訝的行為與我們的日常觀察相矛盾，它是由鏑的強磁性原子的偶極-偶極相互作用的各向異性引起的。"

這項研究是朝著更好地理解物質的超固態邁出的重要一步，由奧地利科學基金FWF、歐洲研究理事會ERC和歐盟等機構資助。