Суперсоліди – це дивний квантовий стан матерії, що поєднує властивості твердих тіл і рідин.
Тепер вони стали ще більш вражаючими: вчені змогли перетворити світло на суперсолід. Це відкриття може привести до нових проривів у квантових та фотонних технологіях.
Окрім звичних агрегатних станів, таких як тверде тіло, рідина, газ і плазма, існує цілий набір екзотичних форм матерії. Суперсолід, довгий час лише теоретична концепція, має кристалічну структуру, подібну до звичайного твердого тіла, але водночас може текти, як рідина.
«Можна уявити суперсолід як рідину, що складається з когерентних квантових крапель, які періодично розташовані у просторі», — пояснює фізик Іякопо Карузотто з Університету Тренто в Італії.
За словами Карузотто, ці краплі «можуть проходити через перешкоди без порушення своєї структури, зберігаючи просторове розташування та взаємну відстань, подібно до кристалічного твердого тіла».
До цього моменту суперсоліди створювали лише з атомів, але команда вчених з італійської Національної дослідницької ради (CNR) вперше змогла створити суперсолід із фотонів.
Італійські вчені створили суперсолід зі світла
Дослідники використовували фотони з лазера, які взаємодіяли з напівпровідником з арсеніду галію, утворюючи квазичастинки – поляритони. Цей процес дозволив отримати унікальний квантовий стан матерії.
«Створення цього екзотичного стану конденсованої матерії у світловому потоці всередині напівпровідникової наноструктури дозволить нам вивчати його фізичні властивості в нових умовах і, можливо, знайти застосування у світловипромінюючих пристроях», — зазначає фізик Даріо Гераче з Університету Павії.
Щоб довести, що світло дійсно набуло властивостей суперсоліду, вчені провели кілька експериментів. Вони зафіксували щільність фотонів і виявили дві високі пікові зони, розділені проміжком, а також спеціальний хвильовий малюнок, що вказує на порушення трансляційної симетрії – ключової ознаки суперсоліду.
Використовуючи інтерферометрію, вони підтвердили квантову когерентність системи, як локально в кожному стані, так і глобально. Ця структура виявилася стабільною, що підтвердило створення суперсоліду.
«Ця робота не лише демонструє спостереження суперсолідної фази у фотонній платформі, але й відкриває шлях до дослідження квантових фаз матерії в нерівноважних системах», — зазначає фізик Даніеле Санвітто з Інституту нанотехнологій CNR.
Вчені вважають, що цей підхід може стати ключем до поєднання фундаментальної науки з практичними застосуваннями.