在一項首次的研究中，哥倫比亞大學與德克薩斯大學的科學家們成功地將超流體轉變為超固體狀態，這一過程僅使用了激子。這項成果使得原本不斷流動的超流體停止了運動，猶如將流動的水轉變為冰，但這一過程發生在量子層面。固體、液體和氣體這三種物質狀態是眾所周知且易於理解的，但物理學家對於理解在量子層面上存在的其他多種物質狀態，如超流體和超固體，則更感興趣。
超流體狀態是在粒子被冷卻到絕對零度以上的溫度時產生的。在這些溫度下，沒有熱能，流體可以無摩擦地流動。如果進行攪拌，超流體可以形成微小的龍捲風，這些龍捲風無限期持續存在，稱為量子漩渦。超流體轉變為超固體時，超流體的零粘度特性得以保持，但粒子不再移動，轉而形成有序的結構，類似於晶格，仍然能夠形成量子漩渦。
科學家們此前在實驗室中成功製造了超固體，但這一過程需要額外的設備和能量場來強迫粒子維持有序結構。此次，哥倫比亞和德克薩斯大學的研究人員首次實現了這些狀態之間的自然過渡，無需任何外部儀器。哥倫比亞大學的物理學家科里·迪恩在新聞發布會上表示：「我們首次看到了超流體經歷相變化，變成了一種看似超固體的物質。」
在實驗中，研究人員使用了兩片石墨烯，這些石墨烯比紙張更薄，並由碳原子以六邊形蜂窩晶格結合而成。隨後，他們在系統中添加了強磁場，並將其冷卻以生成激子湯。激子是當光子激發價帶中的電子時形成的準粒子，留下了一個電子孔。電子和激子結合形成一種中性粒子，能夠傳輸能量。
當激子被冷卻到華氏 2.7 和 7.2 度（攝氏 1.5 到 4 度）以上的絕對零度時，便形成了超流體。進一步冷卻後，超流體轉變為超固體。德克薩斯大學的物理學家賈莉在新聞發布會中補充道：「超流體性通常被視為低溫的基態，觀察到一個絕緣相熔化為超流體的現象是前所未有的，這強烈暗示低溫相是一種非常特殊的激子固體。」
目前，研究人員正在探索絕緣狀態的邊界，並構建新的工具來進行測量，因為該材料不導電。此外，實現超固體和超流體狀態還需要強磁場。因此，團隊正在尋找其他材料，以便在研究中不需要磁場。使用激子進行研究的好處在於它們比氦輕得多，並且能夠在相對較高的溫度下形成超固體和超流體。雖然使用超固體的優勢尚不清楚，但科學家們對了解這一量子物質狀態充滿熱情。這項研究成果已發佈於《自然》期刊。
