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會流動的晶體:光做成的超固體,到底做出了什麼?

2025 年《Nature》說,超固體第一次在「光」的系統裡出現。標題很嚇人,論文用字很保守。中間差了什麼?

閱讀 7 分鐘查證於 2026-10-31
會流動的晶體:光做成的超固體,到底做出了什麼?(Threads 原貼文配圖)
Threads 原貼文配圖

小時候學的常識是:固體不會流動,液體沒有形狀。有一種東西兩條都不守,它叫超固體。

2025 年 3 月,外電標題寫「科學家把光變成了固體」。這句話錯得很有效率,一句話裡錯兩個地方:用的不是純光,做出來的也不是一般說的固體。可是實驗本身是真的,而且在物理學界算一件不小的事。

事情經過

超固體這個想法,理論上提出已經超過 50 年。它要同時滿足兩個看起來互相矛盾的條件:粒子排成一格一格的週期結構,像晶體;整體又能毫無摩擦地流動,像超流體。比喻成建築,就是一棟房子同時是一條河。

很長一段時間,超固體只存在於紙上。2017 年,有研究團隊在玻色-愛因斯坦凝聚態裡,用自旋軌道耦合或光腔的方法,第一次報告了超固體的證據。2019 年又有三組人馬用磁性原子做出來:義大利佛羅倫斯、德國斯圖加特用鏑,奧地利因斯布魯克用鉺和鏑。這些實驗有共同的門檻:原子要冷到接近絕對零度,還要放在超高真空裡。

2025 年這篇論文換了一條路:不用冷原子,改用半導體裡的準粒子。實驗仍然要在低溫環境裡做,並不是在室溫下完成。義大利國家研究委員會奈米技術研究所(CNR Nanotec,在萊切)主導,帕維亞大學、普林斯頓、勞倫斯柏克萊國家實驗室、因斯布魯克大學等單位合作,在《Nature》第 639 卷發表〈光子晶體極化子凝聚體中浮現的超固態〉。

他們用的粒子叫「激子-極化子」:光子跟半導體裡的激子強烈耦合,變成一種半光、半物質的準粒子。這些準粒子在一條光子晶體波導裡凝聚,研究團隊量到了兩件事:密度出現週期起伏,代表空間對稱被打破,精度到千分之幾;他們也直接量到波函數的相位,確認了超流那一半的相干性。

因斯布魯克大學的新聞稿說,這是在「驅動-耗散、非平衡系統」裡第一次看到超固態的實驗證據。重點是「非平衡」:極化子會一直漏掉、也要一直補進來,跟冷原子那種安靜的平衡態完全不同。

正方這是一條新路

支持者看重的是「普遍性」。共同作者、因斯布魯克的蘭迪尼(Manuele Landini)在新聞稿裡說,這項工作證明了這種物質相的普遍性,也讓人重新思考做出超固體需要什麼條件。超固體換一套完全不同的物理系統也長得出來,不靠某一種原子。

理論物理學家卡魯索托(Iacopo Carusotto)給了一個比較好想像的比喻:把它想成一種流體,由一顆顆在空間中週期排列、彼此量子相干的小液滴組成,流過障礙物的時候不受擾動。

新聞稿最後一段還加了一句:這個發現對未來的量子技術影響深遠,「包括在神經形態運算和先進光子元件上的潛在應用」。

會流動的晶體:光做成的超固體,到底做出了什麼?(Threads 原貼文配圖)
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反方先看清楚論文說了多少

保守的讀法有三點。

第一,論文標題用的是「浮現中的」(emerging)超固態。作者自己用字很克制,沒有宣稱做出了教科書等級的超固體。

第二,「可以用在模仿大腦的運算」這句話,只出現在因斯布魯克大學新聞稿的敘述裡,不是哪一位研究者的引言。論文摘要講到的應用展望,只有「可以承載聲子動力學與多模激發譜」,沒有一個字跟運算有關。

第三,超固體這個領域有前科。2004 年,賓州州立大學的金(Eunseong Kim)和陳(Moses Chan)在《Nature》發表論文,說他們在固態氦裡「可能觀察到」超固態:裝滿固態氦的扭擺振子在降溫時週期變短。2012 年,陳跟博士後研究員重新設計裝置、排除可能的誤差來源後再做一次,原本歸因於超固態的訊號完全消失。比較可能的解釋是固態氦本身的彈性變化。陳當時對《Physics》說:「我的處境很尷尬,整件事是我們開始的。」

2025 年的結果站不站得住,要看別的團隊做不做得出來。2026 年 3 月,另一組團隊在《Nature Nanotechnology》發表,用鈣鈦礦加奈米光柵的結構,在室溫下做出極化子超固態;9 月又有團隊在 arXiv 貼出室溫極化子超固態的預印本,還沒經過同儕審查。這些是在不同平台上做出同一種物質相,不是照原裝置重做。用同一套光子晶體波導的獨立重複,我們還沒有查到。

我們查到的

查證於 2026-10-31
  • 證實

    論文確有其事,《Nature》639 卷,2025 年 3 月刊出,DOI 10.1038/s41586-025-08616-9;預印本 2024 年 7 月 2 日上傳 arXiv。

  • 證實

    用的是激子-極化子,光與物質混合的準粒子。「科學家把光變成固體」這類標題不準確。

  • 證實

    因斯布魯克大學新聞稿稱這是在驅動-耗散、非平衡系統中第一次看到超固態的實驗證據。

  • 被推翻

    (說法過頭)Threads 原文寫「研究團隊認為未來可能用在模仿大腦的運算」,讀起來像研究者的說法。這句只出現在新聞稿的敘述,論文摘要沒有提。

  • 證實

    2004 年固態氦超固態的結果,原團隊 2012 年改良裝置重做後沒有再看到訊號。這是作者自己重做否定,查不到正式撤稿紀錄。

  • 證實

    已有其他團隊在不同平台做出極化子超固態:Meng 等人 2026-03-16 刊於《Nature Nanotechnology》,用鈣鈦礦奈米光柵、在室溫下完成。

  • 未證實

    用同一套光子晶體波導的獨立重做。截至 2026 年 10 月我們沒有查到。

你怎麼看

一篇論文用字保守,新聞稿多寫了一句「可能用在類腦運算」,標題再把它變成「光變成固體」。誰該負最大的責任?

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出處

  1. A supersolid made using photons因斯布魯克大學新聞稿,2025

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