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中子散射让费米液体展示出新的密度波有望推动高温超导理论的发展

发布时间:2012年03月30日 11:28 | 进入复兴论坛 | 来源:科技日报 | 手机看视频


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  本报讯(刘霞)据物理学家组织网3月29日(北京时间)报道,科学家们使用中子散射,首次对二维费米液体进行了研究,结果发现了一类新的波长非常短的密度波(高温超导性就源于这类密度波动)。科学家们认为,电子等费米液体可能也存在同样的现象,因此,最新发现有望推动高温超导理论的发展,也有助于科学家们理解金属和中子星的成分。研究发表在3月28日出版的《自然》杂志上。

  费米液体由相互作用力很强的费米粒子(包括夸克子、电子、质子和中子等)组成。费米子广泛存在于原子核、金属、半导体和中子星内。费米液体也是科学家们用来建模并解释原子甚至亚原子粒子之间复杂的相互作用(这类互作用受到名为“量子多体物理学”的量子力学的支配)的两类量子液体之一。

  费米子也满足泡利不相容原理,即两个以上的费米子不能出现在相同的量子态中,这就使得费米子系统相当复杂。因此,尽管另一类由胶子、光子等玻色子组成的量子液体的物理学基础已被科学家破解,但费米液体一直是个未解之谜。

  在最新研究中,来自法国国家科学研究院(CNRS)、芬兰阿尔托大学、美国橡树岭国家实验室、纽约州立大学布法罗分校和奥地利约翰开普勒林茨大学的科学家们通过中子散射,首次对一份费米液体中波长非常短的元激发进行了直接观察。在研究中,中子被集中在一层原子厚的氦-3上,在地球上,氦-3比氦-4(用于氢气球和宇宙飞船中)少见,其在接近绝对零度时的行为就像费米液体。

  使用这种散射技术,科学家们观察到了高频率的、波长非常短的密度波——零声波振荡。科学家们认为,在费米氦液体中发现这些振荡非常有意思,因为如果能在由电子组成的费米液体中观察到这类高频密度振动,这将有望让高温超导领域大大受益。

  该研究团队接下来打算对该费米子氦系统的属性进行调查,随后再对电子液体进行调查。

  该研究的领导者、法国国家科学研究院凝聚态物理学专家亨利·郭德弗瑞表示:“如果费米子电子系统也拥有同样的属性,这会让研究电子系统的科学家深感兴奋,而且,我们的最新发现也表明,电子液体有可能拥有同样的属性。这是量子液体领域的一个重大发现,会对量子多体物理学产生重要的影响,尤其有助于科学家们理解金属和中子星的成分。”

  总编辑圈点:

  尽管经过了编译加工,费米液体展示出新密度波这样的内容仍然非常生涩难懂,但如果由此实现高温超导,必将成为与核技术一样引领人类历史的发现。这便是基础科学研究的特点:尽管多数时候难以被理解和默默无闻,却是认识自然现象、揭示规律并获取新知识、新原理、新方法的必由之路,其衍生出的发明创造已经涵盖了现代文明的每个角落。从类似消息中,我们既要喝彩新的发现,更要看到竞争,多问问自己做得怎么样。