文章内容

既是固体又是液体的物质，你见过吗？ 听起来像是科幻小说的设定，但就在不久前，科学家真的把它变成了现实。2026年3月16日，美国伦斯勒理工学院的研究团队在《自然·纳米技术》杂志发表论文，首次在室温条件下实现了超固体状态。这一突破让物理学界为之震撼——过去需要接近绝对零度（-273.15℃）才能观测到的量子现象，现在可以在室温下重现了（中间的温度跨越几近300摄氏度）

颠覆常识的物质状态

我们日常生活中接触的物质通常以三种状态存在：固态、液态和气态，但随着物理学的发展，科学家发现了许多介于之间的"奇异状态"，超固体就是其中最令人费解的一种。

超固体究竟是什么？ 如果只看名字，很容易让人误解，其实它并非"超级坚硬的固体"，而是一种同时具备两种矛盾特性的物质状态：从原子排列来看，它像晶体一样规则有序；但从原子运动来看，它又能像超流体一样无摩擦地流动。换句话说，它的原子既"固定"在特定位置，又在"流动"！（这在经典物理学中是完全不可能的）

要理解这种矛盾性，我们需要先了解超流体。超流体是液体在极低温下表现出的一种神奇状态，此时液体的粘度降为零，可以毫无阻力地流动，甚至能"爬"上容器壁。1937年，科学家首次在氦-4中观察到超流体，其临界温度为2.17K（约-271℃）。

超流体最标志性的实验是"超流氦漏斗"：把一个空心的玻璃管浸入超流氦中，稍有扰动，管内的液体就会自动上升到管外，形成一层薄膜——这就是所谓的"爬膜现象"。（注意不要与毛细现象混为一谈，爬膜现象只在极低温下出现，属于量子流体力学现象）

而超固体则更进一步，想象一下：你的书桌既是一个固定的书架（固体特性），上面的书又能在不产生任何摩擦的情况下自由流动（超流体特性）——这就是超固体的神奇之处。

困扰科学家60年的难题

超固体的概念最早可以追溯到上世纪六七十年代，当时的理论物理学家提出，量子力学允许一种同时具有晶体有序和超流体无摩擦特性的物质状态存在。然而，实现这种状态面临巨大的技术挑战。

超固体形成的核心难题在于"对称性破缺"，要形成超固体，一个系统必须同时打破两种对称性：相位对称性（产生超流）和平移对称性（产生晶体结构），这就像要求一个人同时用左手和右手写字一样困难——两种状态需要的条件相互冲突。

在过去60年里，科学家只在极低温条件下观察到过超固体，2004年，美国宾州州立大学的科学家首次在固体氦实验中声称观察到超固体现象，但这一发现至今仍有争议。2021年，国际空间站上的冷原子实验才首次无可争议地证实了超固体的存在——但那需要在接近绝对零度的环境中进行。

"过去我们需要在真空舱里待上几周时间，只为把温度降低到接近绝对零度。"该研究的通讯作者Wei Bao教授在接受采访时表示，"这种苛刻的条件严重限制了超固体研究的进展。"

这一次，科学家做对了什么？

伦斯勒理工学院团队实现室温超固体的关键，在于他们巧妙地设计了一种特殊的材料结构。他们将卤化物钙钛矿与纳米光栅结合，创造出一种混合光子结构。

卤化物钙钛矿是一类近年来在光伏领域大放异彩的材料，其独特的光电特性为量子现象的研究提供了理想的平台。而纳米光栅则是一种周期性排列的微小结构，能够对光进行精确控制。

这种组合产生了一种被称为"连续体中的束缚态"（BIC）的特殊量子态，BIC是一种光学现象，光波被束缚在特定区域，无法向外辐射。借助BIC，研究团队得以在室温下维持一种稳定的量子相干状态。

当研究人员用激光照射这种结构时，神奇的事情发生了， 随着激光强度增加，系统从BIC极化激元凝聚体转变为一种自组织的超固体相。在显微镜下，研究人员观察到了清晰的条纹状一维晶格——这正是超固体最标志性的结构特征。

"当你提高泵浦强度时，系统会自发地组织成一种有序的图案。"论文第一作者Yilin Meng解释道，"这种图案既表现出晶体的周期性结构，又保持着超流体的无摩擦特性。我们通过干涉测量证实了其长程时空相干性——这是超固体的决定性证据。"

为什么这个突破如此重要？

室温超固体的实现，其意义远超"又发现了一种新材料"这么简单。

首先，它为量子物理研究打开了新的大门。

过去，科学家研究量子现象需要昂贵的极低温设备，全世界只有少数顶级实验室具备条件。现在，这项技术可以把复杂的实验"浓缩"到芯片大小的装置上。"我们的工作把需要数周准备时间的极低温实验变成了可以在室温下快速进行的常规操作。"Wei Bao教授说。

其次，它开辟了全新的应用前景。 超固体具有独特的量子相干性，这意味着它在量子计算、量子通信和精密传感等领域具有潜在应用价值，想象一下，未来我们可能利用超固体制造出比现有技术快亿万倍的计算机，或者探测到极其微弱信号的传感器。

未来会怎样？

尽管室温超固体已经实现，但科学家的工作还远未结束。目前的实验需要在特定的激光条件下才能维持超固体状态，如何让它更稳定、更容易操控，是下一步研究的重点。

"超固体研究正处于一个激动人心的临界点。"一位未参与该研究的物理学家评论道，"我们有理由期待在未来十年看到更多突破——也许有一天，超固体会从实验室走进我们的日常生活。"