什么是超固体

什么是超固体

超固体是一种空间有序（比如固体或晶体）的材料，但同时还具有超流动性，超固体也译作超固态。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He4冷却到某特征温度以下时，He4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。 超固体最早是1969年由俄国物理学家安德列也夫（Alexander Andreev）和栗弗席兹（Ilya Liftshitz）提出的。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。 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。他们观察装有氦-4样品的多孔玻璃盘的扭摆运动，这样就可测出氦-4样品的转动惯量。当温度低于175毫开时，他们发现固态氦4的转动惯量突然减小，提示有2%的样品发生凝聚成为超固体并相对实验室参照系保持静止。稍后，他们发现在块状固态氦中，如果作相同的实验将会发现类似的转动惯量下降，从而证实了他们的实验结果（即发现了超固体）。最近根据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。