2026年7月14日——凯撒斯劳滕-兰道RPTU大学的研究人员取得了一项关键实验突破：首次直接观测到了磁振子（磁性材料的量子化激发）的自发宏观相干性。这些实验证实了磁振子玻色-爱因斯坦凝聚理论的核心预测。最终，这些发现可能为信号处理、传感技术和信息处理开辟新途径。该研究已发表在《自然·物理学》期刊上。

物质有三种经典状态：固态、液态和气态，这是日常现象。然而，还存在其他状态，包括等离子体和玻色-爱因斯坦凝聚态。在玻色-爱因斯坦凝聚态中，大量量子粒子不再独立行动，而是共同占据一个单一的宏观量子态。

玻色-爱因斯坦凝聚最初是在接近绝对零度的超冷原子气体中观测到的。然而，二十年前，研究人员证明，类似的相变也可能发生在磁性固体中——而且值得注意的是，是在室温下。相应的研究由凯撒斯劳滕工业大学（现为RPTU凯撒斯劳滕-兰道大学）物理系与明斯特大学、奥克兰大学和基辅大学的研究人员合作完成。

尽管磁振子玻色-爱因斯坦凝聚的存在已被证实多年，但关于其宏观相位自发出现且独立于外部激发信号的直接实验证据却迟迟未能获得。在凝聚态中，磁振子不再表现为不相干集合，而是组织成一个单一的集体量子系统，其特征是具有明确的相位和频率。这种自发相干性是所有玻色-爱因斯坦凝聚体的定义性属性。然而，直到现在，这一标志性特征尚未在磁振子玻色-爱因斯坦凝聚的实验中得到证实。

使用相位分辨微波谱直接观测磁振子玻色-爱因斯坦凝聚

RPTU的研究人员现在利用高精度相位分辨微波谱提供了这一缺失的证据。测量使他们能够直接观察到相干性的出现，以及在重复实验中凝聚相位的随机播种过程。RPTU应用自旋现象研究组负责人马蒂亚斯·魏勒教授解释说：“你可以把它想象成一个嘈杂的音频信号突然变成具有单一明确频率的纯音。”在那一刻，向玻色-爱因斯坦凝聚态的相变就发生了。

为了观察相干态，研究人员需要一种磁振子能够持续异常长时间的的材料。因此，他们使用了钇铁石榴石，这种材料以其创纪录的长磁振子寿命而闻名。在实验中，短而强的微波脉冲产生了致密的磁振子气体。随后，磁振子相互作用，逐渐耗散能量，并向其最低能态弛豫。仅在十分之几微秒内，大量磁振子就在这种状态中积累，形成玻色-爱因斯坦凝聚体。

“我们的实验首次直接证明，磁振子表现出玻色-爱因斯坦凝聚体的定义性属性，”RPTU光学技术与光子学研究组前任负责人、现就职于汉诺威莱布尼茨大学的格奥尔格·冯·弗雷曼教授说，“这证实了一个长期存在的理论预测。”

信号处理的新器件概念

从基础角度来看，这些结果代表着朝着更深入理解凝聚态系统中集体量子态迈出的重要一步。同时，磁振子玻色-爱因斯坦凝聚最终可能实现新的技术功能。

特别引人入胜的是，在室温下，磁振子凝聚体表现出的现象让人联想到超导性。在超导体中，电荷可以无电阻地流动。相比之下，在磁振子玻色-爱因斯坦凝聚体中，可以出现所谓的自旋超流。在这种情况下，传输的是自旋——电子的一种基本量子特性——而不是电荷，并且没有耗散。

这可能为用于模拟信号处理的全新器件概念铺平道路。潜在应用包括用于电场和磁场的高灵敏度探测器，以及基于与超导系统中约瑟夫森结相似的物理原理的电路架构。如今，约瑟夫森结构成了众多精密技术的基础，并且是超导量子计算机的关键构建模块。

该研究的合著者、与RPTU磁学研究组负责人布卡德·希勒布兰兹教授共同参与最初发现磁振子玻色-爱因斯坦凝聚的研究人员之一奥列克桑德尔·塞尔加博士解释说：“与超导性相比，对磁振子玻色-爱因斯坦凝聚的研究仍处于起步阶段。超导性的发现比磁振子玻色-爱因斯坦凝聚大约早一百年。随着20世纪80年代开始开发出坚固的高温超导体，超导性经历了一次重大技术突破，而磁振子玻色-爱因斯坦凝聚的一个关键挑战是在足够长的时间尺度上维持凝聚态。目前，我们实现了微秒量级的寿命，但我们已经有办法显著延长它。”

如果能够克服这一挑战，磁振子玻色-爱因斯坦凝聚可能为节能信息处理和超灵敏量子传感提供一个新平台。因此，当前对自发相干性和独立于微波激发的宏观相位随机形成的演示，标志着这条道路上的一座重要里程碑。