Investigadores europeos observan un estado supersólido a temperatura ambiente en híbridos de luz y materia

Luz y materia crean una fase cuántica de doble orden

Los físicos teorizaron por primera vez en la década de 1960 que un superfluido, un fluido sin fricción y viscosidad cero, podría emerger dentro de una estructura cristalina. Esa fase dual, conocida como supersólido, se confirmó experimentalmente en condensados de Bose-Einstein atómicos ultrafríos en 2017. Como se destacó en noticias recientes sobre patentes y según informó Interesting Engineering, un equipo conjunto de la Universidad de Varsovia, la Universidad Militar de Tecnología de Polonia, el Centro Nacional de Investigación Científica francés (CNRS) y IBM Research Zurich ha producido ahora este estado a temperaturas ambientales.

Los investigadores se basaron en el acoplamiento fuerte entre luz y materia dentro de una microcavidad óptica para generar polaritones de excitón, que son cuasipartículas híbridas. Aunque estas cuasipartículas sobreviven solo unos pocos picosegundos, esa breve ventana les permite formar un condensado de Bose-Einstein que actúa como un superfluido cuántico.

“Este es un ejemplo de libro de texto de ruptura espontánea de simetría. La teoría predecía que el supersólido podía elegir entre varios estados equivalentes, y eso es exactamente lo que observamos.”

— Guillaume Malpuech, profesor del Institut Pascal (CNRS)

Ruptura espontánea de simetría bajo excitación láser

Para construir el dispositivo, los investigadores llenaron una microcavidad óptica con un cristal líquido personalizado y la recubrieron con una capa semiconductora orgánica. Mediante este ingenioso invento, cuando el superfluido transita a un supersólido, emite luz que muestra franjas brillantes espaciadas regularmente. Cada pulso láser dirigido a la muestra experimental produjo franjas brillantes en ubicaciones variables, lo que confirmó la transición.

El equipo registró dos formas distintas de orden espacial al mismo tiempo, visibles en la polarización y en la intensidad de la luz. Guillaume Malpuech, profesor del Institut Pascal (CNRS), describió la variación de las franjas como un caso de libro de texto de ruptura espontánea de simetría, y señaló que la teoría predecía que el supersólido podía seleccionar entre múltiples estados equivalentes.

Límites operativos y sintonización eléctrica hasta 60 °C

La fabricación y prueba del sistema presentó estrictas limitaciones físicas porque el semiconductor orgánico reaccionaba químicamente con el cristal líquido. Los técnicos de IBM Research Zurich depositaron películas delgadas de semiconductor orgánico sobre estructuras fotónicas fabricadas por la Universidad Militar de Tecnología, lo que exigió concluir todas las mediciones en pocas horas tras el montaje del dispositivo.

A diferencia de las configuraciones tradicionales que exigen temperaturas cercanas al cero absoluto, las estructuras fotónicas siguen funcionando en condiciones de calor ambiental. Wiktor Piecek, profesor de la Universidad Militar de Tecnología, afirmó que las microcavidades del equipo funcionan incluso a temperaturas cercanas a 60 °C. Debido a que el dispositivo responde a un voltaje eléctrico externo, esta innovación científica proporciona una plataforma para controlar fases cuánticas en futuros hardware fotónicos cuánticos, un avance preparado para una futura solicitud de patente, según los hallazgos publicados en la revista Science Advances.

Lee también en The Patent: Cómo desbloquear la seda de araña para convertir proteína líquida en fibras sólidas · Se crea hielo anti-espín coloidal con campos magnéticos rotatorios