丹麥奧胡斯大學的研究人員最近開展了壹項研究，揭示出了偶極玻色-愛因斯坦凝聚體（BEC）的超固體性，這是壹種將單獨的原子冷卻到接近絕對零度，並聯合成壹個單壹的量子力學實體。結晶發生關鍵點，並出現了壹種新的超固相，其特點是具有接近完美的超流性的規則蜂窩狀圖案。
研究員托馬斯·浦爾（Thomas Pohl）說：“50多年前就有超固態的推測，直到最近，超固性壹直難以觀察，其中新超固相是通過非常稀釋的原子氣體的實驗給出的，這些原子在接近絕對零度的溫度下被激光冷卻和捕獲，在如此極端的條件下，原子可以***同形成壹個所謂的玻色-愛因斯坦凝聚體，這是壹種代表理想的無摩擦超流體的量子態。然而，由於超固體狀態的奇異性質，人們自然不會想到這種稀釋的，自由流動的液體可以結晶。我們想要搞清楚，如果原子以合適的方式相互作用，這是否可能成為可能。“
在21世紀初期，研究人員提出由粒子形成的偶極玻色愛因斯坦凝聚體，就像小磁鐵壹樣，可以在相當長的距離內相互吸引和排斥。在他們的研究中，浦爾和他的同事張永昌（Yongchang Zhang）以及法比安·莫徹（Fabian Maucher）觀察到，這種偶極凝聚體中的量子漲落可以導致在臨界點（即，物質的兩相變得無法區分的時刻）的結晶。
這意味著偶極冷凝物實際上可以是超固體，這是研究人員在開始研究時所希望的。然而，他們的計算產生了進壹步的驚喜，特別是與量子流體結晶的方式有關。
張永昌說：“當我們將冰塊放入壹杯水中時，它需要壹些時間才能完全融化，換句話說，水在熔化或冷凍過程中可以液體和固體形式***存，這種行為對於許多其他物質來說是典型的狀態。令人驚訝的是，我們發現超固體以壹種特殊的方式凍結，原子是完全的液體或完全固體，流體和晶體在兩相轉變而不***存的地方變得幾乎相同。“
浦爾，張永昌和莫徹進行的分析研究揭示了壹種與他們原先預期完全不同的新型超固體。代替原子排列在典型的晶格上，發現偶極量子流體形成蜂窩狀的管道結構。
在這種結構中，偶極子原子可以沿著超流體“蜂窩”的脊部自由移動。研究人員發現了這種奇特的物質形態，在這種物質中，粒子可以流過壹個純粹由液體本身固定在壹起的常規網絡，粘度幾乎為零，極其迷人。
莫徹說：“我們的理論研究是基於宏觀量子力學波函數的分析和數值模擬，它描述了玻色-愛因斯坦凝聚體中偶極子原子的狀態。正如以前的研究結論所指出的，壹個特別重要的方面是在描述中包括量子力學相關和量子波動。實際上，事實證明，蜂窩狀固體及其不尋常的凍結行為是由這種量子波動促進的。“
由浦爾，張永昌和莫徹進行的研究引入了壹種新型的超固態，正如他們的發現所表明的那樣，可以追溯到偶極凝聚態中量子漲落的影響。在未來，他們計劃進壹步調查這些研究結果，並開展更多關於偶極玻色 - 愛因斯坦凝聚物的研究。同時，其他研究團隊也在 探索 理論和實驗中偶極量子流體的行為。
張永昌表示：“就在最近，由斯圖加特大學，佛羅倫薩大學和因斯布魯克大學三個實驗組已獨立觀察到了規則排列的超固體微米尺度的量子液滴的形成。這些實驗成果提供了壹個很有希望的前景，並且澄清在哪些條件下可以用偶極子原子觀察。當然，偶極量子流體已經成為壹個激動人心的新的超固體平臺，其行為將繼續挑戰我們的認知，並揭示出關於這種迷人的物質量子態的新見解。“
三位科學家的研究論文發表在《物理評論快報》上。