物理科学：破坏结晶顺序以恢复超流动性？
如果你能破坏量子物质的晶体顺序，以便超流体即使在温度和压力通常不能自由流动的情况下怎么办？由汉堡大学的Ludwig Mathey和Andreas Hemmerich领导的科学家小组证明了这一想法。
冷冻水需要从物质的一个相变为另一个相，称为相变。虽然这种转变，就像在自然界中出现的无数其他转变一样，通常发生在相同的固定条件下 - 在这种情况下，冰点 - 它可能以受控的方式受到影响。可以控制冷冻过渡以产生果汁冰糕或泥浆。为了制造具有完美一致性的冷清爽的泥浆，带有不断旋转叶片的搪塑机可防止水分子结晶并将泥浆变成坚固的冰块。
想象一下以同样的方式控制量子物质。量子物质可以形成超流体，而不是形成正常的液体，如在太阳下融化的泥浆。这种违反直觉的物质形式首先在极低温度下在液氦中观察到，绝对零度以上小于2开尔文。氦原子具有形成晶体的强烈倾向，如泥浆中的水分子，这将氦的超流态限制在非常低的温度和低压。
但是，如果你可以在你的雪泥机中开启量子物质的刀片怎么办？如果你能破坏结晶顺序以便超流体可以自由流动，即使在温度和压力通常不会流动的情况下怎么办？这是由汉堡大学的Ludwig Mathey和Andreas Hemmerich领导的科学家团队所展示的想法。它们以可控的方式破坏量子系统中的晶体有序，通过在其上发光以特定频率振荡。物理学家使用术语“驾驶”来描述应用于系统的这种周期性变化 - 由泥浆机器中的搅拌叶片执行的动作。他们的作品发表在“物理评论快报”上，确定了具有竞争阶段的典型系统如何响应外部周期性驾驶的基本机制。
研究人员研究了放置在两个高反射镜之间的冷原子气体。这些反射镜形成一个空腔，用作光子的谐振器，因为在实验中检测到原子之前，原子将它们多次散射。为了提供光子源，外部泵浦激光束指向原子云。
类似于水将其相从液态变为冰，这种光物质系统表现出量子相变。当泵浦光束的强度变得足够强时，来自初始均匀气体的原子以棋盘图案自发地组织起来。自组织是以超流体为代价的，超流体受结晶顺序的抑制。这是竞争本质上的众多例子之一，其中一个阶段胜过另一个阶段。研究人员表明，通过一点点的“驱动”，你可以在这个例子中表现出平衡，有利于弱者 - 超流体阶段。“我们从计算机模拟中观察到，泵浦强度的周期性调制会破坏主导的自组织阶段，”主要作者Jayson Cosme解释道。“这使得先前不稳定的均相能够重新出现并恢复超流体。它是光诱导的超流体。
然后科学家们在Andreas Hemmerich小组进行的实验中观察了他们的预测。“直观地说，人们可能会期望，如果我们动摇系统，它所做的一切都会升温。看到量子液重新出现的明显标志是很有趣的，”Andreas Hemmerich解释道。
在其他物理系统中也提出了由外部驱动力引起的相位的增强或抑制。例如，在高温超导体中，激光脉冲可以熔化平衡主导条纹顺序，为超导性的出现铺平了道路 - 一种称为光诱导超导的现象。有助于解释这一过程的基本机制仍然是一个争论的主题。“我们提出了这种超流体光控制，以证明光诱导超导的假设原理，”Ludwig Mathey解释道。根据这一发现，冷原子物理学展示了控制相变的一般反直觉机制在多体系统中。它开启了固态物理学的新篇章，科学家们不仅可以测量物质的平衡特性，而且可以通过光控制设计具有所需特性的非平衡状态。
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