中子散射讓費米液體展示出新的密度波

　　科學(xué)家們使用中子散射，首次對二維費米液體進(jìn)行了研究，結果發(fā)現了一類(lèi)新的波長(cháng)非常短的密度波(高溫超導性就源于這類(lèi)密度波動(dòng))�？茖W(xué)家們認為，電子等費米液體可能也存在同樣的現象，因此，最新發(fā)現有望推動(dòng)高溫超導理論的發(fā)展，也有助于科學(xué)家們理解金屬和中子星的成分。研究發(fā)表在3月28日出版的《自然》雜志上。

　　費米液體由相互作用力很強的費米粒子(包括夸克子、電子、質(zhì)子和中子等)組成。費米子廣泛存在于原子核、金屬、半導體和中子星內。費米液體也是科學(xué)家們用來(lái)建模并解釋原子甚至亞原子粒子之間復雜的相互作用(這類(lèi)互作用受到名為“量子多體物理學(xué)”的量子力學(xué)的支配)的兩類(lèi)量子液體之一。

　　費米子也滿(mǎn)足泡利不相容原理，即兩個(gè)以上的費米子不能出現在相同的量子態(tài)中，這就使得費米子系統相當復雜。因此，盡管另一類(lèi)由膠子、光子等玻色子組成的量子液體的物理學(xué)基礎已被科學(xué)家破解，但費米液體一直是個(gè)未解之謎。

　　在最新研究中，來(lái)自法國國家科學(xué)研究院(CNRS)、芬蘭阿爾托大學(xué)、美國橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室、紐約州立大學(xué)布法羅分校和奧地利約翰開(kāi)普勒林茨大學(xué)的科學(xué)家們通過(guò)中子散射，首次對一份費米液體中波長(cháng)非常短的元激發(fā)進(jìn)行了直接觀(guān)察。在研究中，中子被集中在一層原子厚的氦-3上，在地球上，氦-3比氦-4(用于氫氣球和宇宙飛船中)少見(jiàn)，其在接近絕對零度時(shí)的行為就像費米液體。

　　使用這種散射技術(shù)，科學(xué)家們觀(guān)察到了高頻率的、波長(cháng)非常短的密度波——零聲波振蕩�？茖W(xué)家們認為，在費米氦液體中發(fā)現這些振蕩非常有意思，因為如果能在由電子組成的費米液體中觀(guān)察到這類(lèi)高頻密度振動(dòng)，這將有望讓高溫超導領(lǐng)域大大受益。

　　該研究團隊接下來(lái)打算對該費米子氦系統的屬性進(jìn)行調查，隨后再對電子液體進(jìn)行調查。

　　該研究的領(lǐng)導者、法國國家科學(xué)研究院凝聚態(tài)物理學(xué)專(zhuān)家亨利·郭德弗瑞表示：“如果費米子電子系統也擁有同樣的屬性，這會(huì )讓研究電子系統的科學(xué)家深感興奮，而且，我們的最新發(fā)現也表明，電子液體有可能擁有同樣的屬性。這是量子液體領(lǐng)域的一個(gè)重大發(fā)現，會(huì )對量子多體物理學(xué)產(chǎn)生重要的影響，尤其有助于科學(xué)家們理解金屬和中子星的成分�！�