Свет впервые превратили в «сверхтвердое» состояние

Впервые из света создано необычное твердое тело, которое может течь как жидкость. Изучение этого материала поможет ученым лучше понять экзотические квантовые состояния материи.

«Мы фактически превратили свет в твердое тело. Это довольно впечатляюще», — признается Димитрис Трипогеоргос из Национального исследовательского совета Италии (CNR).

По его словам, более десяти лет назад Даниэле Санвитто, также из CNR, показал, как свет может стать жидкостью. Теперь Трипогеоргос, Санвитто и их коллеги использовали свет для создания не просто твердого тела, а квантового «сверхтвердого» состояния.

Сверхтекучие твердые тела одновременно обладают нулевой вязкостью и кристаллической структурой, подобной расположению атомов в кристаллах соли. За пределами квантового мира у этих странных материалов нет аналогов. Поэтому ранее их удавалось создать только в экспериментах с атомами, охлажденными до чрезвычайно низких температур, когда обычно пренебрежимо малые квантовые эффекты становятся доминирующими.

В новом же эксперименте, результаты которого опубликованы в Nature, ультрахолодные атомы заменили полупроводником — арсенидом алюминия-галлия — и лазером.

Физики направили лазер на небольшой кусочек полупроводника с узором из узких гребней. Сложные взаимодействия между светом и материалом в конечном итоге привели к возникновению гибридных частиц — поляритонов. Узор гребней ограничил движение этих «квазичастиц» и их энергию так, чтобы они образовали сверхтекучее твердое тело.

По словам Санвитто, исследователям пришлось очень точно измерить достаточно свойств захваченного и преобразованного света, чтобы доказать, что он был одновременно твердым телом и жидкостью без вязкости. Это оказалось сложной задачей, поскольку ученые никогда раньше не создавали и не изучали экспериментально сверхтекучее твердое тело из света.

Новый эксперимент вносит вклад в общее понимание квантовой материи, в том числе изменений ее состояния в результате фазового перехода, заметил профессор Альберто Брамати из Сорбонны. Команда четко продемонстрировала, что создала сверхтекучее твердое тело, но для изучения его свойств необходимо провести еще множество измерений.

По мнению Трипогеоргоса, сверхтекучие твердые тела на основе света могут быть проще в управлении, чем из ультрахолодных атомов. Это делает эксперимент первым шагом к пониманию множества новых и удивительных типов материи. 

«Мы действительно находимся в начале чего-то нового», — заключил он.