Supersolido a temperatura ambiente creato da luce e materia
I fisici uniscono la struttura cristallina al flusso di un fluido senza attrito all'interno di una microcavità ottica, senza raffreddamento estremo.
Fisici polacchi, svizzeri e francesi hanno osservato un supersolido quantistico a temperatura ambiente, usando particelle ibride di luce e materia all'interno di una microcavità ottica. L'innovazione scientifica, descritta su Science Advances da ricercatori dell'Università di Varsavia, elimina la necessità di un raffreddamento prossimo allo zero assoluto per esplorare questo stato ibrido della materia.
Unire l'ordine cristallino al flusso senza attrito
Secondo la fisica classica, la materia assume forme distinte: i solidi mantengono il loro ordine cristallino, mentre i liquidi scorrono. La meccanica quantistica ammette eccezioni come la superfluidità, in cui un fluido si muove attraverso aperture strette senza attrito né viscosità. Un supersolido unisce questo moto senza attrito al reticolo spaziale ripetitivo di un cristallo. I fisici teorici avevano ipotizzato questo stato duale negli anni Sessanta, ma i laboratori lo hanno confermato solo nel 2017 usando condensati di Bose-Einstein atomici ultrafreddi, secondo un resoconto pubblicato da ScienceDaily. Quei primi allestimenti richiedevano complesse apparecchiature di refrigerazione per raffreddare gli atomi a temperature prossime allo zero assoluto, ponendo un ostacolo importante per l'innovazione pratica.
«Le nostre microcavità a cristalli liquidi possono funzionare anche a temperature che si avvicinano ai 60 °C»
— Professor Wiktor Piecek, Military University of Technology
Intrappolare gli eccitone-polaritoni in una microcavità
Per evitare allestimenti criogenici, il consorzio internazionale TopoLight si è rivolto agli eccitone-polaritoni, quasiparticelle ibride che emergono quando i fotoni interagiscono fortemente con la materia all'interno di una camera ottica miniaturizzata. Questi polaritoni sopravvivono in genere solo pochi picosecondi, cioè qualche bilionesimo di secondo, ma si condensano comunque in un superfluido quantistico coordinato. Il team, che comprendeva ricercatori della Facoltà di Fisica dell'Università di Varsavia, della Military University of Technology in Polonia, di IBM Research Zurich e del Centre national de la recherche scientifique (CNRS) francese, ha testato una microcavità sperimentale prototipo riempita con un cristallo liquido ingegnerizzato e sormontata da uno strato di semiconduttore organico.
Funzionamento fino a 60 gradi Celsius
L'allestimento sperimentale si è dimostrato resistente ben al di sopra dei punti di congelamento. «Le nostre microcavità a cristalli liquidi possono funzionare anche a temperature che si avvicinano ai 60 °C», ha dichiarato il professor Wiktor Piecek della Military University of Technology, il cui gruppo ha sviluppato i componenti in cristallo liquido, nei risultati riportati da ScienceDaily. A 60 gradi Celsius (circa 140 gradi Fahrenheit), il sistema aggira la pesante infrastruttura di raffreddamento che in precedenza limitava gli esperimenti quantistici esotici a strutture specializzate a bassa temperatura.
Le frange luminose confermano lo stato duale
La conferma del supersolido è arrivata dalle figure di luce emesse dal campione. Il condensato ha formato spontaneamente frange luminose regolarmente distanziate, rivelando una modulazione periodica della densità tipica di un cristallo solido. Le frange luminose cambiavano posizione a ogni nuovo impulso laser, dimostrando che la disposizione non era un difetto statico bloccato in una posizione fissa. Questa invenzione ottica mostra come gli stati quantistici ibridi possano essere stabilizzati in condizioni ambientali, il che potrebbe favorire lo sviluppo di dispositivi di calcolo ottico e di rivelatori sensibili, aprendo la strada a nuove domande di brevetto nella fotonica quantistica.
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Tradotto automaticamente dall’originale inglese. Leggi l’originale
