Недавний эксперимент, проведённый учёными Antonio Gianfate (CNR Nanotec) и Davide Nigro (Университет Павии), демонстрирует, что свет способен проявлять свойства сверхтвердого состояния – уникальной квантовой фазы, объединяющей упорядоченность твердого тела и бесфрикционное течение сверхтекучей жидкости.
Сверхтвердое состояние характеризуется наличием кристаллической структуры, как у обычного твердого вещества, и способностью течь без трения, что типично для сверхтекучести. До настоящего эксперимента подобное состояние наблюдали исключительно в Бозе–Эйнштейновских конденсатах, создаваемых при охлаждении атомного газа до температур, близких к абсолютному нулю.
Идея сверхтвердости была предсказана в 1960-х годах, а её первое экспериментальное подтверждение получено в 2017 году исследователями из MIT и ETH Zurich. Новый опыт значительно расширяет границы понимания экзотических фаз материи, демонстрируя возможность возникновения сверхтвердого состояния в оптической системе.
Эксперимент проводился на фотонной полупроводниковой платформе, изготовленной на основе алюминия, галлия и арсенида. В данной системе фотоны перемещаются и проводятся подобно электронам в металле, что позволяет детально исследовать их коллективное поведение при изменении плотности световых квантов.
Методика эксперимента основывалась на облучении платформы лазерным светом. При достижении определённой пороговой плотности фотоны переходят из некогерентного состояния в единый Бозе–Эйнштейновский конденсат, в котором большинство частиц занимают низкоэнергетическое квантовое состояние.
При дальнейшем увеличении числа фотонов избыток частиц перемещается в соседние квантовые состояния с ненулевыми волновыми числами, оставаясь изоэнергетичными. Этот процесс можно представить по аналогии с театральным залом: центральное место в первом ряду является наиболее предпочтительным, и, в квантовой системе, все фотоны могут занимать его, а при избытке часть рассаживается по бокам, что создаёт пространственную модуляцию плотности – отличительную черту сверхтвердого состояния.
Полученные результаты изложены в публикации «Emerging supersolidity in photonic-crystal polariton condensates», вышедшей в журнале Nature в 2025 году. Авторами исследования стали D. Trypogeorgos, A. Gianfate, M. Landini, D. Nigro, D. Gerace, I. Carusotto, F. Riminucci, K. W. Baldwin, L. N. Pfeiffer, G. I. Martone, M. De Giorgi, D. Ballarini и D. Sanvitto. Как отмечают Gianfate и Nigro, «Это только начало понимания сверхтвердости».
Изображение носит иллюстративный характер
Сверхтвердое состояние характеризуется наличием кристаллической структуры, как у обычного твердого вещества, и способностью течь без трения, что типично для сверхтекучести. До настоящего эксперимента подобное состояние наблюдали исключительно в Бозе–Эйнштейновских конденсатах, создаваемых при охлаждении атомного газа до температур, близких к абсолютному нулю.
Идея сверхтвердости была предсказана в 1960-х годах, а её первое экспериментальное подтверждение получено в 2017 году исследователями из MIT и ETH Zurich. Новый опыт значительно расширяет границы понимания экзотических фаз материи, демонстрируя возможность возникновения сверхтвердого состояния в оптической системе.
Эксперимент проводился на фотонной полупроводниковой платформе, изготовленной на основе алюминия, галлия и арсенида. В данной системе фотоны перемещаются и проводятся подобно электронам в металле, что позволяет детально исследовать их коллективное поведение при изменении плотности световых квантов.
Методика эксперимента основывалась на облучении платформы лазерным светом. При достижении определённой пороговой плотности фотоны переходят из некогерентного состояния в единый Бозе–Эйнштейновский конденсат, в котором большинство частиц занимают низкоэнергетическое квантовое состояние.
При дальнейшем увеличении числа фотонов избыток частиц перемещается в соседние квантовые состояния с ненулевыми волновыми числами, оставаясь изоэнергетичными. Этот процесс можно представить по аналогии с театральным залом: центральное место в первом ряду является наиболее предпочтительным, и, в квантовой системе, все фотоны могут занимать его, а при избытке часть рассаживается по бокам, что создаёт пространственную модуляцию плотности – отличительную черту сверхтвердого состояния.
Полученные результаты изложены в публикации «Emerging supersolidity in photonic-crystal polariton condensates», вышедшей в журнале Nature в 2025 году. Авторами исследования стали D. Trypogeorgos, A. Gianfate, M. Landini, D. Nigro, D. Gerace, I. Carusotto, F. Riminucci, K. W. Baldwin, L. N. Pfeiffer, G. I. Martone, M. De Giorgi, D. Ballarini и D. Sanvitto. Как отмечают Gianfate и Nigro, «Это только начало понимания сверхтвердости».
