2020-09-25 09:10:30

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超固体(Supersolid)是一种空间有序(比如固体晶体)的材料,但同时还具有超流动性。换句话说,超固体同时具有固体和流体的特性。当量子流体,比如 He-4 冷却到某特征温度以下时,He-4 将经历超流转变,进入一个零黏性的态。这个转变被认为与发生玻色-爱因斯坦凝聚有关。

超固体也译作超固态

基本信息

  • 中文名称

    超固体

  • 外文名称

    Supersolid

  • 性质

    一种空间有序的材料

  • 特征

    超流动性 零粘滞力

折叠 编辑本段 超固体的提出

超固体的概念最早在 1969 年由俄国物理学家安德列也夫(Alexander Andreev)和栗弗席兹(Ilya Liftshitz)提出。他们认为当温度接近绝对零度时,玻色子固体晶格中的空位(vacancies,理想晶体中移去一个原子将留下一个空位)将全部坍缩为相同的基态,即发生玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)。在超固态,空位将成为相干的实体(coherent entity),可以在剩下的固体内不受阻碍地移动,就象超流体一样。

只有非常弱束缚的元素如氦(He)才会成为超固体,因为只有它们的结构会受量子"零点能" 有效的扰动从而留下空位。

折叠 编辑本段 超固体的发现

2004 年宾州州立大学的 Moses Chan 和 Eun-Seong Kim 发现了超固体存在的证据。他们将固态氦-4 样品放入一个容器中,使容器在极低的温度下以不同速度振荡,从而测定氦-4 样品的转动惯量。当转速达到 1000r/s,温度低至约 0.2 开时,他们发现固氦的转动惯量突然减小,其中有 1% 的样品相对实验室参照系保持静止,而其余 99% 正常转动。稍后,他们发现在块状固态氦中,如果做相同的实验将会发现类似的转动惯量下降,Moses Chan 得出的结论是:这 1% 保持静止的固氦凝聚成为超固体,由于其类似于超流体零粘滞力的性质,另外 99% 的固氦可以不受任何摩擦力地从中"穿过"。

根据 Reppy 和 Rittner 的工作,无序在超固体的形成中发挥作用。M. Boninsegni 等的计算机模拟则表明规则排列的缺陷如螺旋位错可导致超固体。

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