石墨烯實驗首觀察到超流體停止流動，轉變成超固體
在量子物理與凝態物理中， 超流體（superfluid） 被視為近乎「完美」的流體，理論上能不停流動，然而一項基於石墨烯系統的新實驗最近首次發現超流體「自己停止流動」，似乎凍結成超固體，顯現前所未見的新量子物質態。
普通物質冷卻會從氣體轉變為液體，再冷卻就凍結成固體，但量子物質行為截然不同。20 世紀初，研究人員發現氦冷卻會從看似普通的氣體轉變成超流體（Superfluid）──流動時不會損失任何能量。
超流體是一種物質在極低溫度下展現的奇異量子態，具零黏滯性（Zero Viscosity）、無限熱導率等反直覺特性，簡單來說，它是一種「完全沒有摩擦力」的流體，一旦開始流動，只要不受外力干擾就能永無止盡地流動，甚至能沿著容器壁向上爬升直到溢出。
這也給物理學家留下更有趣謎題：若進一步冷卻超流體，它會進入另一種全新未知階段，還是停留在「無摩擦流動」結局？該問題自首次提出以來還沒得到解答。
直到最近，一個基於雙層石墨烯的新實驗暗示意想不到結果，哥倫比亞大學物理學家 Cory Dean、德克薩斯大學奧斯汀分校物理學家 Jia Li 團隊首觀察到超流體經歷相變停止流動，看似變成超固體。
超固體（Supersolid）既有液體也有固體特性，和經典固體一樣結晶，但所有分子都表現得像同一分子，黏度為零，能展現與超流體非常相似的無摩擦流動，同時維持其晶格結構。
2021 年科學家首次成功利用鏑原子製造出二維超固體，但還沒有科學家明確觀察到氦或其他自然物質從超流體轉變成超固體，自發形成的超固體機制仍是個謎。
研究人員可藉由控制溫度、電磁場、石墨烯層與層之間的距離等條件，微調石墨烯這種二維材料特性，石墨烯也能透過堆疊方式容納激子，只要將僅原子薄的石墨烯層疊在一起，其中一層具額外電子、另一層具額外電洞，就能形成準粒子激子；再添加強磁場，激子就能形成超流體。
當哥倫比亞大學、德克薩斯大學研究人員控制石墨烯實驗樣品中的激子，發現準粒子密度和溫度存在意想不到的關係：在高密度下，激子表現得像超流體，但隨著密度降低，它們停止移動並變成絕緣體。當研究人員提高溫度，超流體特性又恢復，強烈表明這是種極不尋常的激子固體。
團隊還無法篤定這種新物質態就是超固體，必須建造新工具直接測量它，但與氦相比，激子輕數千倍，可能在更高溫度形成超流體和超固體等量子態，幫助研究人員探討極端條件出現的神祕量子相。
Superfluids are Supposed to Flow Indefinitely. Physicists Just Watched One Stop Moving.
Physicists Watch a Superfluid Freeze, Revealing a Strange New Quantum State of Matter
（首圖來源：德克薩斯大學奧斯汀分校）