2026年3月6日——超流体堪称量子世界的“表演家”：一旦开始运动，它们就能无阻力地持续流动。但普渡大学参与的物理学家团队发现了一种更奇异的现象：激子超流体可冻结形成有序的类固态相。该发现由普渡大学物理与天文系助理教授曾一航（Yihang Zeng）领导，研究成果以《双层激子超流-绝缘体转变的观测》为题发表于《自然》期刊。

这项工作的核心是激子——带负电的电子与带正电的“空穴”结合形成的束缚态。特定条件下，激子会表现出玻色子特性，可形成表现为超流体的集体量子态。

“电子与空穴携带相反电荷并相互结合形成激子。这些激子（玻色子）具有与其组成粒子（费米子）不同的量子力学特性，能形成超流相——一种无阻力流动的流体。我们的工作表明，通过调节激子平均间距和限制程度等实验参数，可使激子从超流体转变为有序晶体相，就像固体一样。有趣的是，这种固体不同于普通固体——它会融化成超流体，暗示着学界长期追寻的超固态相。”曾一航解释道。

日常生活中，我们理解水冻结成冰的流体-固体转变。而在量子材料中，相变更为奇特，因为其“规则”取决于包括相干性（粒子同步的波动运动）在内的集体行为。

曾一航用通俗类比解释该团队的发现：“就像水能冻结成冰这样的常规固体，量子流体也能冻结——但方式更为奇妙。量子流体具有相位相干性等独特属性，意味着其粒子会以协调的波动方式运动。超流体就是著名例证，这种相干性使其能无阻力流动。我们首次报告了这种超流体可冻结成神秘超固态的证据——这种罕见物相既表现出固体特性，又保持超流体般的量子相干性。这种长期预测的量子相态在实际材料中一直难以捕捉，我们的结果为揭示其存在提供了新视角。”

在《自然》论文中，研究人员使用由超薄绝缘层分隔的双层石墨烯系统。通过调节条件，该团队绘制出系统呈现相干无耗散激子流的区域与转变为绝缘相的区域，这是超流-绝缘体转变的关键标志。绝缘态之所以引发关注，是因为它可能指向与“超固态”相关的有序相——这种罕见态兼具类固体结构与超流体般的相干性。

在普渡大学，曾一航主导该项目并作为实验主要贡献者（制备实验器件并完成多数低温测量），同时与李佳（Jia Li）、科里·迪恩（Cory Dean）共同撰写论文。

合作团队包括布朗大学、哥伦比亚大学的研究人员，以及提供原材料的日本科学家。“布朗大学团队由研究生阮清南（Ron Q. Nguyen）、已毕业的张乃元（Naiyuan J. Zhang）及刚转入德州大学奥斯汀分校的李佳副教授组成。哥伦比亚大学团队包括研究生孙地浩（Dihao Sun）、詹姆斯·霍恩（James Hone）教授和科里·迪恩教授。孙地浩参与部分实验并担任共同第一作者，李佳和迪恩教授提出了项目构想并给予支持。”曾一航介绍道。

曾一航于2025年春季加入普渡大学日益壮大的量子科学与工程研究队伍，隶属普渡量子科学与工程研究所（PQSEI）。他特别指出该校在该领域的蓬勃发展：“二维量子相研究正在普渡大学开花结果。”曾一航的广义研究方向聚焦于理解与控制超薄材料中涌现的量子行为。

“普渡大学曾氏实验室致力于研究与调控二维材料的量子特性。我们旨在发现新物理现象，解决物理学长期悬而未决的问题。更进一步说，驾驭这些量子特性将推动技术突破。”曾一航总结道。