室温下首次实现“液态光”：传统物理定律失效
发布时间：2023-09-28 01:01:29
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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