物理学家们开发了一种新的方法来控制液氦微滴内部分子的旋转，这标志着超流体研究的重要进展。通过使用特殊设计的光学离心机，研究小组能够精确地旋转悬浮在液态氦纳米微滴中的分子，为科学家们探索这一非常规无摩擦材料提供了强大的新工具。这一成就代表了在超流体中控制分子旋转的首次成功演示。研究人员现在可以直接调整分子旋转的方向和速度，使得可以研究分子在不同旋转频率下与它们的量子环境的相互作用。该研究由不列颠哥伦比亚大学（UBC）与 Freiburg 大学合作进行，并发表在《物理评论快报》上。UBC 物理与天文学副教授、论文作者瓦莱里·米尔纳博士说：“在任何流体中控制溶解分子的旋转是一项挑战。溶解的分子与液体的原子或分子成分相互作用，有效地变得更大，更难以旋转。想象一下制作一个雪球：当它小的时候很容易移动，但随着更多雪附着上去，它会变得越来越难。”理解超流体 超流体，例如液氦在接近绝对零度时冷却，是一种无粘性的异常物质状态。尽管它们没有内部摩擦，但仍然充当溶剂，使分子能够在其中溶解。米尔纳博士补充道：“在量子物质科学中，感兴趣的问题，以及这种新方法将帮助我们探索的问题是，当你从常规流体过渡到这种类型的量子超流体时，溶解分子的视角发生了什么变化。”新的光学离心机技术 传统的光学离心机已被用于通过暴露于旋转激光脉冲来旋转气体中的分子。随着激光的电场旋转，气体分子与之对齐并开始旋转。然而，到目前为止，这种方法在浸入超流体中的分子上并未成功。为了克服这一限制，米尔纳博士和他的同事将分子嵌入掺有二氧化氮二聚体的氦纳米微滴中。然后，他们在激光脉冲之间引入了短暂的延迟。由此产生的干涉产生了更慢、稳定的旋转速率，使分子的旋转变得更容易，提高了研究人员所称的“旋转性”。探索超流动性的极限 研究人员现在计划改变旋转频率（使用新型离心机提供的新“控制旋钮”）以识别分子旋转预期在超流动性开始崩溃时显著减慢的临界点。米尔纳博士说：“目前尚不清楚这种转变在如此微小的原子尺度上何时发生，例如在什么频率下。”这是我们目前正在研究的关键领域。该研究得到了加拿大自然科学与工程研究委员会、加拿大创新基金会和不列颠哥伦比亚省知识发展基金的支持。