弗赖堡阿尔伯特·路德维希大学 化学元素铋，是一种人造晶体
表面是一层彩虹色的非常薄的氧化层
信用:炼金术士-hp/CC BY-SA 3
0 晶体形成的量子特性可以在超冷原子的帮助下被复制和研究
由Dr
Axel U
J
弗赖堡大学物理研究所的洛德在《物理评论快报》杂志上描述了偶极原子的使用是如何实现甚至精确测量任何材料中尚未观察到的结构的
这项理论研究是由弗赖堡大学、维也纳大学和奥地利维也纳技术大学以及印度坎普尔印度理工学院的科学家合作进行的
晶体在自然界中无处不在
它们由许多不同的物质组成——从矿物盐到重金属，如铋
它们的结构出现是因为原子或分子的特定规则排列是有利的，因为它需要最小的能量
例如，一个立方体的八个角上各有一个成分，这是一种自然界中非常常见的晶体结构
晶体的结构决定了它的许多物理性质，比如它传导电流或热量的能力，或者当它被光照射时它是如何破裂和表现的
但是是什么决定了这些晶体结构呢？它们的出现是由于其成分的量子特性和相互作用的结果，然而，这在科学上往往难以理解，也难以测量
然而，为了弄清晶体结构形成的量子特性，科学家可以使用玻色-爱因斯坦凝聚来模拟这个过程——被俘获的超冷原子被冷却到接近绝对零度或零下273度的温度
15摄氏度
这些高度人造和高度脆弱的系统中的原子受到了非常好的控制
经过仔细调整，超冷原子的行为就像它们是形成晶体的成分一样
尽管构建和运行这样一个量子模拟器比仅仅从某种材料中生长晶体更加困难，但该方法提供了两个主要优势:首先，科学家几乎可以随意调整量子模拟器的属性，而这对于传统晶体是不可能的
其次，冷原子量子模拟器的标准读数是包含所有晶体粒子信息的图像
相比之下，对于传统的晶体，只有外部是可见的，而内部——特别是它的量子特性——很难观察到
来自弗赖堡、维也纳和坎普尔的研究人员在他们的研究中描述说，当晶体形成的量子模拟器使用超冷偶极量子粒子构建时，它要灵活得多
偶极量子粒子不仅可以实现和研究传统的晶体结构，还可以实现和研究迄今为止任何材料都没有的排列
这项研究解释了这些晶体顺序是如何从动能、势能和相互作用能之间的有趣竞争中产生的，以及如何以前所未有的细节来衡量所得晶体的结构和性质
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