超固態(tài)（物質(zhì)存在的新狀態(tài)）

超固態(tài)（物質(zhì)存在的新狀態(tài)）

超固態(tài) （物質(zhì)存在的新狀態(tài)） 次瀏覽 | 2022.07.29 08:58:50 更新 來源 ：互聯(lián)網(wǎng) 精選百科 本文由作者推薦 超固態(tài)物質(zhì)存在的新狀態(tài)

當(dāng)物質(zhì)處于在140萬大氣壓下，物質(zhì)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(zhì)密度極大，這就是超固態(tài)。一塊乒乓球大小的超固態(tài)物質(zhì)，其質(zhì)量大于等于1000噸。該狀態(tài)下的物質(zhì)為一種晶體固態(tài)，但能像滑潤(rùn)的、無粘性的液體那樣流動(dòng)。物質(zhì)的第五態(tài)即超固態(tài)，又稱超密態(tài)。

中文名

超固態(tài)

外文名

supersolid

發(fā)現(xiàn)者

美國(guó)科學(xué)家

特點(diǎn)

密度很大

條件

氣壓大

簡(jiǎn)介

超固態(tài)是物質(zhì)在空間內(nèi)整齊的，緊密排列的具有超流體性質(zhì)的一種物質(zhì)。一塊乒乓球大小的超固態(tài)物質(zhì)，其質(zhì)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，為普通巖石密度的的兩倍多。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(shí)，電子氣是簡(jiǎn)并的。對(duì)于理想的簡(jiǎn)并電子氣，在零溫時(shí)，電子所具有的最高動(dòng)量(稱為費(fèi)密動(dòng)量pF)為，式中為，h為普朗克常數(shù)，n為電子數(shù)密度。可見，即使在零溫時(shí)，電子仍然具有相當(dāng)高的動(dòng)量，可以產(chǎn)生相當(dāng)高的壓力。

性質(zhì)

物質(zhì)存在的一種形態(tài)，這種形態(tài)下的固體物質(zhì)，由于壓力和溫度增加到一定程度，原子核和電子緊緊擠在一起，原子內(nèi)部不再有空隙。白矮星內(nèi)部和地球中心區(qū)域都有超固態(tài)物質(zhì)。[2]

研究歷史

科學(xué)家曾于2004年首次報(bào)告了超固態(tài)（或稱超固體）的存在，處于這種狀態(tài)下的固體能夠進(jìn)行毫無摩擦力的流動(dòng)，但同時(shí)也有專家質(zhì)疑當(dāng)時(shí)的研究人員對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解讀是錯(cuò)誤的。 2004年，韓國(guó)科學(xué)和技術(shù)先進(jìn)研究所的金恩盛（音譯）和美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)的摩西·陳在《自然》雜志上報(bào)告稱，他們對(duì)冷卻后的液態(tài)氦施壓直至原子被迫進(jìn)入晶格中，然后讓一個(gè)填滿了這種固體氦的滾筒先朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，再朝反方向旋轉(zhuǎn)，如此反復(fù)。當(dāng)該滾筒被冷卻時(shí)，會(huì)更加頻繁地轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)方向。他們推測(cè)，這是因?yàn)橛行┖ぷ兂闪藷o摩擦力的超固態(tài)，減少了同滾筒一起旋轉(zhuǎn)的氦的質(zhì)量，使?jié)L筒能更快地改變方向。 但美國(guó)康乃爾大學(xué)的約翰雷普對(duì)此解釋提出了質(zhì)疑。雷普認(rèn)為，滾筒能在更低溫度下更快地轉(zhuǎn)換方向是因?yàn)楹ひ呀?jīng)變成了不穩(wěn)定的“量子塑料”――一種科學(xué)家以前并不知曉、有別于超固態(tài)的物質(zhì)相位。他表示，是“量子塑料”增加的彈性讓滾筒更容易改變其旋轉(zhuǎn)方向。 為了驗(yàn)證雷普的說法是否正確，金恩盛將滾筒放置在一個(gè)更大的裝置中，并讓這種裝置僅朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，而其內(nèi)部的滾筒則跟之前實(shí)驗(yàn)一樣，先朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，再朝反方向旋轉(zhuǎn)。他認(rèn)為，彈性應(yīng)該只能影響滾筒改變其旋轉(zhuǎn)方向的頻率，如果固態(tài)氦是量子塑料，那么，外部添加一個(gè)大的裝置并不會(huì)改變結(jié)果。 然而，金恩盛的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)了變化，隨著溫度下降，滾筒旋轉(zhuǎn)方向改變的頻率并沒有加快。他表示，最好的解釋就是氦變成了超固體，因?yàn)樵谝粋€(gè)超固體中，持續(xù)的旋轉(zhuǎn)應(yīng)該導(dǎo)致渦系形成（如同液體中出現(xiàn)的一樣），從而干擾物質(zhì)的量子屬性，并且減少超固態(tài)物質(zhì)。2016年1月，英國(guó)愛丁堡大學(xué)科學(xué)家利用鉆石對(duì)頂砧制造出某種極端高壓狀態(tài)，從而生成“第五狀態(tài)氫”，即超固態(tài)氫。

存在部位

有研究認(rèn)為，在白矮星里面，壓力和溫度高，這種狀態(tài)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?cái)D在一起，不再有什么空隙。這樣的物質(zhì)被稱做超固態(tài)物質(zhì)。

參考資料