Международная группа ученых продемонстрировала сверхтвердое состояние материи, в котором одновременно сочетаются свойства кристалла и сверхтекучей жидкости. Такое вещество сохраняет упорядоченную структуру, но может течь практически без внутреннего сопротивления. Результат удалось получить при температуре, близкой к комнатной, без традиционного охлаждения до значений около абсолютного нуля.
В работе участвовали специалисты Варшавского университета, Военно-технической академии Польши, IBM Research Zurich и Французского национального центра научных исследований. Исследователи использовали не холодные атомы, а экситон-поляритоны — гибридные квазичастицы, объединяющие свойства света и вещества. Результаты эксперимента опубликованы в журнале Science Advances.
Экситон-поляритоны возникают при сильном взаимодействии света с веществом внутри оптической микрорезонансной камеры. Для эксперимента ученые поместили в такую камеру специально созданный жидкий кристалл и накрыли его органическим полупроводником. Конструкция позволила сформировать квантовое состояние без сложных криогенных установок, причем такие микрокамеры могут работать при температуре около 60 градусов Цельсия.
Признаки сверхтвердого состояния исследователи обнаружили в свете, который излучал образец. После перехода системы в нужную фазу появились регулярно расположенные яркие полосы, указывающие на спонтанное возникновение периодических изменений плотности конденсата. При каждом новом лазерном импульсе полосы меняли положение, что свидетельствовало о спонтанном нарушении симметрии и выборе одной из нескольких равноправных конфигураций.
Кроме того, ученые зафиксировали устойчивую спиновую спираль — повторяющиеся изменения поляризации испускаемого света. Таким образом, в системе одновременно проявились два типа порядка: один был связан с интенсивностью излучения, а другой — с его поляризацией. Проведению измерений мешал ограниченный срок службы образцов: органический полупроводник постепенно вступал в реакцию с жидким кристаллом, поэтому после сборки на эксперименты оставалось всего несколько часов.
Полученная платформа может упростить изучение необычных квантовых состояний, поскольку не требует охлаждения почти до абсолютного нуля. Устройство также допускает электрическую настройку: его оптические свойства можно изменять с помощью внешнего напряжения. По данным ScienceDaily, сочетание работы при обычных температурах и электрического управления создает перспективы для фотонных вычислений, нейроморфных ускорителей и высокочувствительных оптических сенсоров.