室温下首次实现“液态光”:传统物理定律失效

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2018年07月12日 00:22 | 快科技 消渴

2017年6月,物理学家首次在室温下实现了“液态光”,这一突破使得这一特殊形态的光比以往更触手可及。

这种物质既是超流体,又是一种玻色-爱因斯坦凝聚物(Bose-Einstein condensate)。

超流体的摩擦力和黏度均为零,玻色-爱因斯坦凝聚物则常被称为物质的第五形态,它可以环绕着物体流动、到达每个角落。

常态光总是以直线形式传播,如同波浪一般,偶尔像粒子。这就是你无法全方位地看到整个角落或物体的原因。

然而,在极端条件下,光可以像液体一样传播,真正地围绕着整个物体流动。

玻色-爱因斯坦凝聚物吸引了众多物理学家,原因在于:一旦物质处于这一形态,传统的物理规则就会转变为量子物理学,物质属性开始更偏向于波的性质。

液态光形成于接近绝对零度的环境下,存在的时间仅为几分之一秒。

然而,在这项研究中,研究人员使用独特的光和物质混合物,在室温下制作出玻色-爱因斯坦凝聚物,其独特程度绝不逊于“科学怪人”。

本项研究的领导者是来自意大利CNR NANOTEC纳米科技研究的Daniele Sanvitto,他说:“我们在研究中发现了一个极为重大的现象——当使用极化激元这一光物质粒子时,超流体能够存在于室温环境中。”

创造极化激元涉及一些重大设备和纳米级工程。

科学家用两个超反射镜夹着一个厚度为130纳米的有机分子层,并使用35飞秒的激光脉冲对这一夹层进行冲击(1飞秒为千万亿分之一秒)。

“由于分子间存在电子,我们可以通过这种方式把光子的特性——如光子的有效质量及其高速——与强相互作用结合起来。”团队成员之一、来自加拿大蒙特利尔大学工学院的Stéphane Kéna-Cohen说。

这一研究产生的“超流体”有着一些特殊属性。

在正常条件下,液体流动会产生波纹和旋涡——但超流体不会产生这些现象。

正如下图所示,极化激元流在非超流体中受到了干扰,如同普通情况下的液体流产生波纹,但超流体中的极化激元不会受到干扰:

非超流体(上图)和超流体(下图)中极化激元流遇到障碍物的反应。(图片来自蒙特利尔大学工学院)

Kéna-Cohen说:“在超流体中,液体波动会被阻碍物抑制,这使得液体流保持原状,不受干扰。”

研究人员表示,这一研究成果不仅为量子流体力学的新研究铺平了道路,还为先进未来科技所需的室温极化设备提供了条件,如生产用于LED、太阳能板和激光器等器件的超导材料。

团队指出:“液体光能够存在于室温环境中这一突破擦出了无数未来巨作的火花,由此引发的不仅是关于玻色-爱恩斯特凝聚物基本原理的相关研究,还有未来光子超流体器件的构建和设计,这些器件可实现零损耗,形成前所未有的新现象。”

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