基本介紹
- 中文名：超固態
- 外文名：supersolid
- 發現者：美國科學家陳鴻渭
- 條件：處於140萬大氣壓左右
- 特點：密度很大 具有超流體性質
簡介,研究歷史,存在部位,
簡介
美國科學家宣稱他們可能發現了物質存在的新狀態-超固態（或超固體）。如果他們的發現是正確的話，那么他們見到的則是物質的一種十分奇異的狀態。該狀態下的物質為一種晶體固態，但能像滑潤的、無粘性的液體那樣流動。物質的第五態即超固態，又稱超密態。當物質處於在140萬大氣壓下，物質的原子就可能被“壓碎”。電子全部被“擠出”原子，形成電子氣體，裸露的原子核緊密地排列，物質密度極大，這就是超固態。超固態是物質在空間內整齊的，緊密排列的具有超流體性質的一種物質。一塊桌球大小的超固態物質，其質量至少在1000噸以上。
在通常狀況下，鐵的密度是每立方厘米7.9克，為普通岩石密度的的兩倍多。鉑的密度是每立方厘米21.5克，約為鐵的密度的2.8倍，其密度在地球上可謂大矣。然而，在宇宙中有些天體的密度卻大得驚人。
在低溫時，電子氣是簡併的。對於理想的簡併電子氣，在零溫時，電子所具有的最高動量(稱為費密動量pF)為，式中為，h為普朗克常數，n為電子數密度。可見，即使在零溫時，電子仍然具有相當高的動量，可以產生相當高的壓力。
研究歷史
科學家曾於2004年首次報告了超固體（或稱超固態）的存在，處於這種狀態下的固體能毫無摩擦力地流動，但同時也有專家質疑當時的研究人員對實驗結果的解讀是錯誤的。
2004年，韓國科學和技術先進研究所的金恩盛（音譯）和美國賓夕法尼亞州立大學的摩西 陳在《自然》雜誌上報告稱，他們對冷卻後的液態氦施壓直至原子被迫進入晶格中，然後讓一個填滿了這種固體氦的滾筒先朝一個方向旋轉，再朝反方向旋轉，如此反覆。當該滾筒被冷卻時，會更加頻繁地轉換旋轉方向。他們推測，這是因為有些氦變成了無摩擦力的超固態，減少了同滾筒一起旋轉的氦的質量，使滾筒能更快地改變方向。
但美國康乃爾大學的約翰 雷普對此解釋提出了質疑。雷普認為，滾筒能在更低溫度下更快地轉換方向是因為氦已經變成了不穩定的“量子塑膠”――一種科學家以前並不知曉、有別於超固態的物質相位。他表示，是“量子塑膠”增加的彈性讓滾筒更容易改變其旋轉方向。
為了驗證雷普的說法是否正確，金恩盛將滾筒放置在一個更大的裝置中，並讓這種裝置僅朝一個方向旋轉，而其內部的滾筒則跟之前實驗一樣，先朝一個方向旋轉，再朝反方向旋轉。他認為，彈性應該只能影響滾筒改變其旋轉方向的頻率，如果固態氦是量子塑膠，那么，外部添加一個大的裝置並不會改變結果。
然而，金恩盛的研究團隊發現，實驗結果出現了變化，隨著溫度下降，滾筒旋轉方向改變的頻率並沒有加快。他表示，最好的解釋就是氦變成了超固體，因為在一個超固體中，持續的旋轉應該導致渦系形成（如同液體中出現的一樣），從而干擾物質的量子屬性，並且減少超固態物質。
與此同時，西班牙加泰羅尼亞理工大學的雅洛斯拉弗 路特斯希恩和同事在最近的研究中也發現了超固態存在的更進一步證據。他們表示，超固體氦之所以流動是因為在晶格中形成了洞。該團隊試驗了這些洞在不同壓力下形成的可能性，結果證明，洞形成的壓力同金恩盛實驗中確認超固態氦出現比例最大時的壓力最匹配，這說明金恩盛的實驗的確提供了確鑿的證據（儘管並非全部證據）表明固體氦中包含超固體。
然而，雷普還是對此保持懷疑，他認為，外部添加的裝置所補充的能量不會影響滾筒改變旋轉方向的頻率這一假設不對。他表示，研究人員看到的超固體信號正是“量子塑膠”彈性的表現。
2016年1月，英國愛丁堡大學科學家利用鑽石對頂砧製造出某種極端高壓狀態，從而生成“第五狀態氫”，即超固態氫。
存在部位
有研究認為，在白矮星裡面，壓力和溫度高，這種狀態下，不但原子之間的空隙消失，原子外圍的電子層也被壓碎了，所有的原子核和電子都緊緊地擠在一起，不再有什麼空隙。這樣的物質被稱做超固態。
