|
古典物理和量子力学相互结合，科研人员在超导体“莫特转换”中取得突破性的发现，它的神奇特性在于连接了古典和量子力学的两个世界，这将为非平衡物理学研究开辟了一条新道路。人们对非平衡态物理学的原理了解得很少，但非平衡态物理学原理在自然界大多数物理事件中发挥了关键作用。新的发现可能表明了人类在电子学和电子产品技术领域迈出了一大步，新的观测成果以“莫特（Mott）转换”为理论基础，国际团队成员主要来自荷兰屯特大学纳米技术研究所和美国阿尔贡国家实验室，《科学》杂志以“在一个超导体观测的动态莫特转换实验结果”为题刊载了他们的实验成果。 20世纪早期基本奠定了古典物理学和量子物理学的基础，科学家从那时起从不放弃对两大物理学进行协调和统一的努力，如何将以牛顿力学为代表的古典物理学和以波尔学派为代表的量子物理学结合起来，科学家为破解这一难题付出了艰辛的努力，牛顿力学很好地描述了我们周围物体的运动，比如：抛向天空的苹果或从树上掉落苹果的运动轨迹，牛顿力学在力与运动之间建立了关系方程式，根据运动物体的初始条件，人们以用确定性、必然性和绝对性的法则计算出物体在任意时刻的运动参数，物体在一个时刻出现在这里，在另一时刻将会出现在那里，比如：运载火箭在发射之后将会出现在预定轨道上。量子力学“相对时空观”与牛顿力学的绝对时空观不一致，这已不是什么新鲜话题，物理学家在两大物理学融合的研究领域取得了很大进展，但相关实验物理的研究成果很少，过去的物理实验或者偏向古典物理，或者偏向量子物理，没有将两种物理学实验结合起来。 在超导体上找到了两大物理学相互融合的特征，超导体是一种特定材料，超导体在温度下降到非常低时表现了近乎完美的导电性。磁场在穿越超导材料时呈现出微小的磁线形状或漩涡磁场，通过漩涡磁线控制了材料的电磁特性。磁线漩涡表现了古典和量子物理的双重特性，研究人员建立了最好的实验平台，在高深莫测的现代凝聚态物理学领域持续发力，他们分析了量子世界的神奇现象之一：从莫特绝缘体到金属体的转换。 按照量子物理学的基本描述，莫特转换实验使用了金属材料，但它事实上是一种绝缘体，这种复杂现象由许多量子化粒子的相互作用控制，莫特转换仍然神秘莫测，它是由古典物理学控制，还是由量子物理学控制？科学家还未找到清楚的答案，他们没有直接观测到动态的莫特转换，这是从绝缘态到金属态的转换阶段，当被驱动的电流在系统穿过时产生了莫特转换，而在真实系统中固有的混乱现象隐瞒了莫特转换特性。科研人员在荷兰的顿特大学创建了一个由9万个超导铌材料构成的系统，纳米尺度的铌“小岛”附着于金薄膜的顶面，磁线涡旋“发现”这一系统很容易设置成能量的“框架”，好像鸡蛋架的设置，材料表现了莫特绝缘体的特性。应用的电流小，磁线涡旋的流动不能发生，当使用足够大的电流时，他们看到了动态莫特转换现象的发生，系统翻转为导电的某种金属，当系统在电流推动下跳出平衡态时，材料特性发生了变化。 涡旋系统行为与由温度驱动的电子莫特转换存在精确性的一致性，阿尔贡实验室的著名研究员瓦雷利·文诺库尔和两个研究机构的同事进行了合作研究，在实验数据分析的基础上确认了莫特转换特征。实验的材料特性符合古典和量子物理的描述，他们控制了转换阶段，通过将电流应用到系统中，从锁定的涡旋转变为流动的涡旋。在创建的人工系统研究转换阶段，产生了引人入胜的情形，实验结果为在实际用途的材料实现电子转化提供了数据。 实验结果为进一步研究两大物理学打下了基础，而人们在对两大物理学融合的理解上困难重重，比如：多体和非平衡态系统，好像名称所指的一样，多体系统涉及大数量、复杂粒子的相互作用，目前的物理理论在建构模型和理论分析方面存在诸多困难。他们的实验装置成了总体性理解非平衡态物理学的关键，也许是物理学研究领域主要的一项突破。平衡态系统得到很好的理解，系统中没有能量的移动，但人们在生活中看到的所有系统都与能量流动有关，从光合作用、消化作用、热带风暴的形成，科学家至今没有很好地建立能描述非平衡态现象的物理学，但他们一致认为，较好地理解非平衡态现象，这将导致人类在能源捕获和储存，电池和电子产品等领域取得巨大的改进。 电子产品制造进入尺寸更小、速度更快的时代，莫特系统带来了对硅晶体管替代的可能，它能够在导体和绝缘体之间产生跳转，电压变化却很小，它比硅晶体管在数字0和数字1的编码上有更高的准确性和更小的尺度。科学小组在实验过程中收获了很多意外，最初的研究目标出现了偏离，实验结果改变了他们对物理现象和规律的某些认识，锁定涡旋向流动涡旋转换展现了极好的细节性，实验结果促成一些新的共识。物理现象多样性可能出现在人们的视野之外，这激励了物理学家不断探索神奇现象的内在奥秘。 (编译：2015-9-21)
|
|
|
