根据发表在《物理评论快报》上的一项新研究，美国达特茅斯学院的研究人员已经建立了世界上第一个使用超冷类电子原子对的超流体回路。

这种实验试验台使物理学家能够控制原子间相互作用的强度，并为探索超导体等奇异材料背后的现象提供了一种新方法。

达特茅斯大学物理学助理教授、该研究的高级研究员Kevin Wright说：“许多现代技术都依赖于控制电路周围的电子流动。通过使用类电子原子，我们可以以从前不可能的方式测试理论。”

虽然铜等导电材料已广为人知，但研究人员并不完全了解电子是如何在可用于构建量子计算机的拓扑绝缘体和超导体等奇异材料中移动或受到控制。

他们设计的这种新电路能充当量子模拟器，可探索电子在真实材料中的工作方式，并提供了一种在高度可控的环境中分析电子运动的方法。

Wright说：“电子可以做的事情比任何人想象的都要奇怪和丰富。我们能在不使用电子的情况下学习电子。”

原子粒子要么是玻色子，要么是费米子。玻色子(例如光子)往往会聚集在一起。而费米子(例如电子)则往往会相互避开。虽然已经存在使用超冷玻色子原子的超流体电路，但达特茅斯学院设计的这个电路是首个使用超冷费米子原子。

该电路在同位素锂6上运行。虽然锂6是一个完整的原子，但它具有使其像单个电子一样的特性。整个原子的行为可以作为一种对单个电子的模拟。

该论文的第一作者、达特茅斯学院博士候选人Yanping Cai说：“如果我们可以将锂6原子的特性缩放为电子，那么即使在室温以上，它们也将无阻力地流动。研究这些简单的电路可能会提供有关高温超导性的见解。”

这个微型电路中使用了激光将锂原子云冷却到接近绝对零度的温度。一旦原子减速，研究人员就可以将它们固定在适当的位置，并能移动它们或者以模拟单个电子如何在超导电路周围流动的方式来控制它们。

通过调整磁场，该团队可以改变原子相互作用的方式，使费米子以不同的强度相互吸引或排斥，这是单个电子或其他超流体系统(如液氦)无法实现的功能。

据研究人员称，激光已在其他实验中用于类似的技术，但这是第一个以这种方式来构建可调谐的原子电路。激光器还提供了电路结构，并用于检测原子的作用方式。

Wright说：“我们已经跨越了使用费米子量子气体构建测试电路的门槛。用这种与在电子设备中相同的方式来设计和控制超冷费米子电路周围的原子流动，这是以前从未实现过的。”

该方法将使研究人员能够研究在没有能量输入的情况下无限流动的“持续电流”的形成和衰减原因。此外，模拟超导电路的能力为测试理论和分析具有独特特性的材料开辟巨大的实验可能性。该研究还可以为开发基于超导体和其他奇异量子材料的新型设备创造机会。（编译:Qtech）