Supersolid bei Raumtemperatur: Polnisches Team sieht neue Quantenphase
Polnische Physiker haben einen Supersolid beobachtet, der wie Kristall und reibungslose Flüssigkeit zugleich wirkt. Bisher brauchte man dafür extreme Kälte.
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giftdetect· das passende Geschenk in MinutenEin Supersolid klingt wie ein Widerspruch, und jahrzehntelang war er schwer zu fassen. Jetzt hat ein internationales Team mit Forschern der Universität Warschau und der Militärtechnischen Akademie (WAT) einen solchen Zustand bei Raumtemperatur beobachtet, ganz ohne Tiefkühltechnik. Die Ergebnisse erschienen in Science Advances.
Der Supersolid, auch suprafeste oder nadkristalline Phase genannt, vereint zwei Eigenschaften, die sich eigentlich auszuschließen scheinen. Er hat die geordnete, wiederkehrende Struktur eines Kristalls und zugleich Suprafluidität, fließt also ohne jede Viskosität. Das Material verhält sich damit gleichzeitig wie ein Kristall und wie eine perfekte Quantenflüssigkeit. Die Idee stammt aus den 1960er-Jahren, die erste Beobachtung gelang erst 2017 in ultrakalten Atomgasen.
Wie entsteht ein Supersolid bei Raumtemperatur?
Das Team setzte auf Licht statt auf kalte Atome. Es baute eine optische Mikrokavität, eine winzige Struktur, die Licht einfängt. Sie ist mit einem nematischen Flüssigkristall gefüllt und liegt zwischen Schichten eines organischen Halbleiters und Bragg-Spiegeln. So koppeln Licht und Materie stark und bilden Quasiteilchen, sogenannte Exziton-Polaritonen. Unter passenden Bedingungen bilden diese ein Bose-Einstein-Kondensat, einen kollektiven Quantenzustand mit suprafluidem Verhalten.
Zusätzlich entwickelten die Forscher eine elektrische Steuerung. Eine veränderte Spannung ändert die Doppelbrechung des Flüssigkristalls, womit sich das System und die Polarisation des Kondensats gezielt einstellen lassen.
Was zeigte das Experiment?
Den Beleg lieferten regelmäßige helle Streifen im Licht der Probe. Sie deuten auf spontane, periodische Dichteschwankungen im Kondensat hin, ähnlich wie Atome in einem Kristall. Auch die Polarisation des Lichts war moduliert, es traten also zwei Arten von Ordnung gleichzeitig auf.
Nach mehreren Laserpulsen erschien das Streifenmuster an unterschiedlichen Stellen. Das System wählte selbst eine von mehreren gleichwertigen Konfigurationen, ein Zeichen für spontane Symmetriebrechung.
Der Nutzen: Exotische Materiephasen lassen sich ohne Kühlung nahe dem absoluten Nullpunkt viel günstiger erforschen. Die Autoren sehen mögliche Anwendungen in photonischen Bauteilen, neuromorphen Rechenbeschleunigern (Hardware nach dem Vorbild des Gehirns) und äußerst empfindlichen optischen Sensoren.
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