Ein italienisches Forscherteam hat einen bedeutenden wissenschaftlichen Durchbruch erzielt, indem es Licht in einen „Supersolid“ umwandelte. Dieser Quantenzustand der Materie vereint die Eigenschaften eines Festkörpers und einer Flüssigkeit. Die im März 2025 veröffentlichte Errungenschaft eröffnet neue potenzielle Anwendungen in der Quanten- und Photoniktechnologie.
Traditionell werden Supersolide durch Kühlung von Atomen auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt gewonnen. Dies ermöglicht es den Teilchen, sich in einer kristallinen Struktur zu organisieren und gleichzeitig superflüssige Eigenschaften beizubehalten. Die neue Studie zeigt jedoch, dass es möglich ist, einen Supersolid durch die Manipulation von Licht selbst zu erzeugen. Die Forscher nutzten einen Halbleiter aus Aluminium-Galliumarsenid, der mit einem Muster aus schmalen Rillen strukturiert war. Durch die Projektion eines Laserstrahls auf dieses Material erzeugten sie Quasiteilchen namens „Polaritonen“.
Diese Polaritonen entstehen aus der Wechselwirkung zwischen Photonen und Exzitonen (Elektron-Loch-Paaren) im Halbleiter. Sie wurden in einer mikroskopischen Struktur eingeschlossen, was sie dazu veranlasste, sich spontan in einer kristallinen Struktur zu organisieren und gleichzeitig superflüssige Eigenschaften beizubehalten. Diese experimentelle Realisierung erforderte extrem präzise Messungen, um zu bestätigen, dass das resultierende Material sowohl die Starrheit eines Festkörpers als auch die viskositätsfreie Fließfähigkeit einer Superfluid aufwies.
Die Forscher mussten die Dichtemodulation des polaritonischen Zustands genau charakterisieren und dabei winzige Variationen im Bereich von wenigen Tausendsteln nachweisen. Diese Präzision ermöglichte die Beobachtung des „Translationssymmetriebruchs“, eines physikalischen Phänomens, das den Übergang von einem homogenen zu einem geordneten Zustand markiert und charakteristisch für einen kristallinen Festkörper ist.
Dieser Durchbruch eröffnet Türen für neue potenzielle Anwendungen in der Quanten- und Photoniktechnologie. Dazu gehören beispielsweise effizientere Beleuchtungsgeräte, reibungsfreie Schmiermittel oder neuromorphe Computer. Darüber hinaus könnte diese Entdeckung den Fortschritt in den Bereichen Supraleiter, Quantencomputing und die Entwicklung von reibungsfreien Schmiermitteln vorantreiben. Die Forschung wurde von den Projekten Q-ONE und PolArt unterstützt, die von der Europäischen Union finanziert werden, und in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht.
Dieser Durchbruch zeigt, dass komplexe Quantenphänomene, die einst als theoretisch galten, experimentell realisiert werden können, was neue Perspektiven für Wissenschaft und Technologie eröffnet. Die Arbeit italienischer Forscher an der Umwandlung von Licht in einen Supersolid wurde in der renommierten Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht, was die Bedeutung dieser Entdeckung unterstreicht. Die EU-finanzierten Projekte Q-ONE und PolArt spielten eine entscheidende Rolle bei der Ermöglichung dieser Forschung, die das Potenzial hat, die Photonik und das Quantencomputing zu revolutionieren. Die Fähigkeit, Supersolide aus Licht zu erzeugen, könnte zu neuen Geräten führen, die auf den einzigartigen Eigenschaften dieser Materiezustände basieren, wie z. B. verlustfreie Energieübertragung oder ultraschnelle Schalter.