中子散射讓費(fèi)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(fèi)米液體進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了一類新的波長非常短的密度波(高溫超導(dǎo)性就源于這類密度波動(dòng))�？茖W(xué)家們認(rèn)為，電子等費(fèi)米液體可能也存在同樣的現(xiàn)象，因此，最新發(fā)現(xiàn)有望推動(dòng)高溫超導(dǎo)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(fèi)米液體由相互作用力很強(qiáng)的費(fèi)米粒子(包括夸克子、電子、質(zhì)子和中子等)組成。費(fèi)米子廣泛存在于原子核、金屬、半導(dǎo)體和中子星內(nèi)。費(fèi)米液體也是科學(xué)家們用來建模并解釋原子甚至亞原子粒子之間復(fù)雜的相互作用(這類互作用受到名為“量子多體物理學(xué)”的量子力學(xué)的支配)的兩類量子液體之一。

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

　　在最新研究中，來自法國國家科學(xué)研究院(CNRS)、芬蘭阿爾托大學(xué)、美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室、紐約州立大學(xué)布法羅分校和奧地利約翰開普勒林茨大學(xué)的科學(xué)家們通過中子散射，首次對一份費(fèi)米液體中波長非常短的元激發(fā)進(jìn)行了直接觀察。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，其在接近絕對零度時(shí)的行為就像費(fèi)米液體。

　　使用這種散射技術(shù)，科學(xué)家們觀察到了高頻率的、波長非常短的密度波——零聲波振蕩�？茖W(xué)家們認(rèn)為，在費(fèi)米氦液體中發(fā)現(xiàn)這些振蕩非常有意思，因?yàn)槿绻�能在由電子組成的費(fèi)米液體中觀察到這類高頻密度振動(dòng)，這將有望讓高溫超導(dǎo)領(lǐng)域大大受益。

　　該研究團(tuán)隊(duì)接下來打算對該費(fèi)米子氦系統(tǒng)的屬性進(jìn)行調(diào)查，隨后再對電子液體進(jìn)行調(diào)查。

　　該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、法國國家科學(xué)研究院凝聚態(tài)物理學(xué)專家亨利·郭德弗瑞表示：“如果費(fèi)米子電子系統(tǒng)也擁有同樣的屬性，這會(huì)讓研究電子系統(tǒng)的科學(xué)家深感興奮，而且，我們的最新發(fā)現(xiàn)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(xiàn)，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�！�