物理学家揭示了隐藏在量子世界中的新物质状态

您熟悉物质状态我们每天都会遇到固体、液体和气体,但在更奇特和极端的条件下,可能会出现新的状态,来自美国和中国的科学家今年早些时候发现了一种状态。

他们称之为手性玻色-液体态,就像我们发现的每一种新粒子排列一样,它可以告诉我们更多关于我们周围宇宙的结构和机制——特别是在超小的量子尺度上。

物质状态描述了粒子如何相互作用,从而产生结构和各种行为方式。将原子锁定到位,你就有了固体。让它们流动,你有液体或气体。强制带电的伙伴关系分开,你就有了等离子体。

量子景观为粒子提供了更奇怪的相互作用方式,允许从可能性和能量方面最好地描述独特的行为。

研究人员通过受挫的量子系统.简单来说,它是一个具有内置约束的系统,可以防止粒子像往常一样相互作用(因此令人沮丧)。

这些限制——以及由此产生的挫败感——可以为科学家创造令人兴奋的结果。在这里,研究人员专注于电子,并使用派对游戏的类比来解释正在发生的事情。

“这就像一场音乐椅游戏,旨在挫败电子,”马萨诸塞大学阿默斯特分校的理论凝聚态物理学家Tigran Sedrakyan。

“不是每个电子都有一把椅子可以去,它们现在必须争先恐后,在他们坐的地方有很多可能性。

研究人员组合在一起的系统是一个具有两层的半导体器件:顶层富含电子,底层有许多可供电子自然进入的空穴。转折点?没有足够的空穴容纳所有的电子。

护城河带的插图,这是科学家创造的受挫系统类型。(Tigran Sedrakyan)

尽管这种系统仍然难以观察,但该团队使用超强磁场来测量电子的运动方式,揭示了新的手性玻色液态的第一个证据。

“在半导体双层的边缘,电子和空穴以相同的速度移动,”中国南京大学物理学家杜玲杰。

“这导致了螺旋状传输,随着电子和空穴通道在更高的磁场下逐渐分离,外部磁场可以进一步调制。

这种新状态揭示了一些相当有趣的特性。例如,电子将在绝对零度时冻结成可预测的模式和固定的自旋方向,并且不会受到其他粒子或磁场的干扰。这种稳定性可以在量子级数字存储系统中应用。

更重要的是,由于相对长程的量子,影响一个电子的外部粒子可以影响系统中的所有电子纠缠.这就像将一个母球砸进一堆台球,然后所有这些球都朝着同一个方向移动作为回应——另一个可能有用的发现。

虽然这一切都涉及非常高水平的物理学,每个发现都是这样的– 这些发生在常见粒子相互作用边界之外的怪癖和边缘情况 – 让我们更接近于完全了解我们的世界。

“你会发现物质的量子态在这些边缘,它们比我们在日常生活中遇到的三种经典状态要狂野得多。塞德拉基扬。

该研究已发表在自然界.

本文最初发表于2023年6月。

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