Osegi
Nauka·1 min czytania

Stan nadstały w temperaturze pokojowej: przełom w mikrownękach

Naukowcy z Warszawy, Zurychu i CNRS wygenerowali i kontrolowali stan nadstały w temperaturze pokojowej, bez kriostatu, dzięki mikrownękom ciekłokrystalicznym.

Laboratory setup with a liquid crystal optical microcavity producing interference fringes of light, used to create a supersolid at room temperature.
Zdjęcie: CHIP Polska - Technologie mamy we krwi!
SUMODialoediviewergiftdetect

Międzynarodowy zespół z Uniwersytetu Warszawskiego, Wojskowej Akademii Technicznej, IBM Research Zurich oraz francuskiego CNRS wykazał, że stan nadstały (supersolid) można wytworzyć i kontrolować w warunkach pokojowych. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Science Advances. Struktury zachowują pełną funkcjonalność nawet po podgrzaniu do niemal 60°C, a ich właściwości optoelektronicznych można dynamicznie sterować zewnętrznym napięciem.

Od teorii z lat 60. do kondensatów światła

Koncepcja fazy nadstałej pochodzi z lat 60. XX wieku. Teoretycy przewidywali wówczas, że sztywna sieć krystaliczna może współistnieć z nadciekłością, czyli stanem bez lepkości. Doświadczalnie potwierdzono to dopiero w 2017 roku w ultrazimnych kondensatach Bosego-Einsteina.

Europejski zespół ominął barierę kriogeniczną: zamiast powolnych atomów użył kwazicząstek światła i materii. W reżimie silnego sprzężenia fotonów uwięzionych w mikrownęce optycznej z ekscytonami powstają ekscyton-polaritony. Ich czas życia to zaledwie kilka pikosekund, co wystarcza do utworzenia kondensatu zachowującego się jak kwantowa nadciecz.

Przejście do fazy nadstałej zarejestrowano po emisji regularnie rozmieszczonych, jasnych prążków interferencyjnych, uporządkowanych jednocześnie w natężeniu światła i polaryzacji. Zjawisku towarzyszyło spontaniczne łamanie symetrii. Jak wskazuje prof. Guillaume Malpuech z Institut Pascal (CNRS), po każdym impulsie lasera prążki pojawiały się w innych, losowych miejscach, co zgadza się z przewidywaniami teorii.

Eksperyment w wąskim oknie czasowym

Rdzeń układu to mikrownęki wypełnione specjalnie dobranym ciekłym kryształem, zaprojektowane i wykonane w WAT. Zespół z IBM Research Zurich nanosił na nie ultracienkie warstwy organicznego półprzewodnika.

Materiał ten powoli reagował chemicznie z ciekłym kryształem, więc próbka była stabilna tylko kilka godzin od złożenia. Wszystkie pomiary optyczne trzeba było zmieścić w tym czasie, a każde powtórzenie wymagało wykonania nowej próbki.

Autorzy podkreślają, że mikrownęki ciekłokrystaliczne sterowane napięciem to elastyczna platforma do badania nowych faz kwantowych światła i materii. Otwiera to prostą drogę do miniaturyzacji zintegrowanych kwantowych układów fotonicznych.

Aplikacje warte uwagi

SUMO: łamigłówka liczbowa

Wybierz właściwe pola, dodaj je i trafiaj w cel. Łatwa do nauczenia, trudna do opanowania. Za darmo, dla każdego wieku.

Tagi:supersolidquantum physicsphotonicsexciton-polaritonsliquid crystalsscience advances

Więcej z tego dnia

Zobacz wszystkie →

Więcej w kategorii: Nauka

Zobacz wszystkie →