河北
既是固體又是液體的物質，你見過嗎？ 聽起來像是科幻小說的設定，但就在不久前，科學家真的把它變成了現實。2026年3月16日，美國倫斯勒理工學院的研究團隊在《自然·納米技術》雜志發表論文，首次在室溫條件下實現了超固體狀態。這一突破讓物理學界為之震撼——過去需要接近絕對零度（-273.15℃）才能觀測到的量子現象，現在可以在室溫下重現了（中間的溫度跨越幾近300攝氏度）
從作者欄可判斷，華人科研團隊主導
顛覆常識的物質狀態
我們日常生活中接觸的物質通常以三種狀態存在：固態、液態和氣態，但隨著物理學的發展，科學家發現了許多介于之間的"奇異狀態"，超固體就是其中最令人費解的一種。
超固體究竟是什么？ 如果只看名字，很容易讓人誤解，其實它并非"超級堅硬的固體"，而是一種同時具備兩種矛盾特性的物質狀態：從原子排列來看，它像晶體一樣規則有序；但從原子運動來看，它又能像超流體一樣無摩擦地流動。換句話說，它的原子既"固定"在特定位置，又在"流動"！（這在經典物理學中是完全不可能的）
要理解這種矛盾性，我們需要先了解超流體。超流體是液體在極低溫下表現出的一種神奇狀態，此時液體的粘度降為零，可以毫無阻力地流動，甚至能"爬"上容器壁。1937年，科學家首次在氦-4中觀察到超流體，其臨界溫度為2.17K（約-271℃）。
超流體 液氦
超流體最標志性的實驗是"超流氦漏斗"：把一個空心的玻璃管浸入超流氦中，稍有擾動，管內的液體就會自動上升到管外，形成一層薄膜——這就是所謂的"爬膜現象"。（注意不要與毛細現象混為一談，爬膜現象只在極低溫下出現，屬于量子流體力學現象）
而超固體則更進一步，想象一下：你的書桌既是一個固定的書架（固體特性），上面的書又能在不產生任何摩擦的情況下自由流動（超流體特性）——這就是超固體的神奇之處。
困擾科學家60年的難題
超固體的概念最早可以追溯到上世紀六七十年代，當時的理論物理學家提出，量子力學允許一種同時具有晶體有序和超流體無摩擦特性的物質狀態存在。然而，實現這種狀態面臨巨大的技術挑戰。
超固體形成的核心難題在于"對稱性破缺"，要形成超固體，一個系統必須同時打破兩種對稱性：相位對稱性（產生超流）和平移對稱性（產生晶體結構），這就像要求一個人同時用左手和右手寫字一樣困難——兩種狀態需要的條件相互沖突。
在過去60年里，科學家只在極低溫條件下觀察到過超固體，2004年，美國賓州州立大學的科學家首次在固體氦實驗中聲稱觀察到超固體現象，但這一發現至今仍有爭議。2021年，國際空間站上的冷原子實驗才首次無可爭議地證實了超固體的存在——但那需要在接近絕對零度的環境中進行。
空間站中的冷原子實驗室裝置
"過去我們需要在真空艙里待上幾周時間，只為把溫度降低到接近絕對零度。"該研究的通訊作者Wei Bao教授在接受采訪時表示，"這種苛刻的條件嚴重限制了超固體研究的進展。"
這一次，科學家做對了什么？
倫斯勒理工學院團隊實現室溫超固體的關鍵，在于他們巧妙地設計了一種特殊的材料結構。他們將鹵化物鈣鈦礦與納米光柵結合，創造出一種混合光子結構。
鹵化物鈣鈦礦是一類近年來在光伏領域大放異彩的材料，其獨特的光電特性為量子現象的研究提供了理想的平臺。而納米光柵則是一種周期性排列的微小結構，能夠對光進行精確控制。
這種組合產生了一種被稱為"連續體中的束縛態"（BIC）的特殊量子態，BIC是一種光學現象，光波被束縛在特定區域，無法向外輻射。借助BIC，研究團隊得以在室溫下維持一種穩定的量子相干狀態。
當研究人員用激光照射這種結構時，神奇的事情發生了， 隨著激光強度增加，系統從BIC極化激元凝聚體轉變為一種自組織的超固體相。在顯微鏡下，研究人員觀察到了清晰的條紋狀一維晶格——這正是超固體最標志性的結構特征。
"當你提高泵浦強度時，系統會自發地組織成一種有序的圖案。"論文第一作者Yilin Meng解釋道，"這種圖案既表現出晶體的周期性結構，又保持著超流體的無摩擦特性。我們通過干涉測量證實了其長程時空相干性——這是超固體的決定性證據。"
為什么這個突破如此重要？
室溫超固體的實現，其意義遠超"又發現了一種新材料"這么簡單。
首先，它為量子物理研究打開了新的大門。
過去，科學家研究量子現象需要昂貴的極低溫設備，全世界只有少數頂級實驗室具備條件。現在，這項技術可以把復雜的實驗"濃縮"到芯片大小的裝置上。"我們的工作把需要數周準備時間的極低溫實驗變成了可以在室溫下快速進行的常規操作。"Wei Bao教授說。
其次，它開辟了全新的應用前景。 超固體具有獨特的量子相干性，這意味著它在量子計算、量子通信和精密傳感等領域具有潛在應用價值，想象一下，未來我們可能利用超固體制造出比現有技術快億萬倍的計算機，或者探測到極其微弱信號的傳感器。
未來會怎樣？
盡管室溫超固體已經實現，但科學家的工作還遠未結束。目前的實驗需要在特定的激光條件下才能維持超固體狀態，如何讓它更穩定、更容易操控，是下一步研究的重點。
"超固體研究正處于一個激動人心的臨界點。"一位未參與該研究的物理學家評論道，"我們有理由期待在未來十年看到更多突破——也許有一天，超固體會從實驗室走進我們的日常生活。"
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