Wetenschappers hebben voor het eerst de kwantum Kelvin-Helmholtz-instabiliteit (KHI) waargenomen in kwantumvloeistoffen, een fenomeen dat decennia geleden werd voorspeld maar nog nooit eerder werd gezien. Deze instabiliteit genereert unieke vortexpatronen, bekend als excentrische fractionele skyrmionen (EFS's), waarvan de sikkelvormige contouren doen denken aan de maan in Vincent van Gogh's 'Sterrennacht'. De doorbraak werd gerealiseerd door onderzoekers van de Osaka Metropolitan University en het Korea Advanced Institute of Science and Technology en gepubliceerd in Nature Physics op 8 augustus 2025.
De KHI is een bekend fenomeen in de vloeistofdynamica, waarbij golven en wervelingen ontstaan aan het grensvlak van twee vloeistoffen die met verschillende snelheden stromen. In dit experiment koelden de onderzoekers lithiumgassen af tot bijna het absolute nulpunt, waardoor een meercomponenten Bose-Einsteincondensaat, een kwantumsupervloeistof, ontstond. Twee stromen van deze supervloeistof bewogen met verschillende snelheden, en aan hun grensvlak ontstond een golvend patroon, wat leidde tot de vorming van kwantum-gestuurde wervelingen. Deze wervelingen werden geïdentificeerd als excentrische fractionele skyrmionen (EFS's), een nieuw ontdekt type topologische defecten. In tegenstelling tot symmetrische skyrmionen, hebben EFS's een sikkelachtige vorm en bevatten ze ingebedde singulariteiten, punten waar de spinstructuur afbreekt, wat scherpe vervormingen veroorzaakt. Skyrmionen, oorspronkelijk ontdekt in magnetische materialen, trekken de aandacht vanwege potentiële toepassingen in spintronica en geheugensystemen, dankzij hun inherente stabiliteit, kleine omvang en ongebruikelijke dynamiek. De ontdekking van een nieuw type skyrmion in een supervloeistof kan aanzienlijke implicaties hebben voor zowel technologische vooruitgang als het fundamentele begrip van kwantumsystemen. Toekomstige studies zullen langlopende voorspellingen uit de 19e eeuw testen met betrekking tot de golflengte en frequentie van KHI-gedreven grensvlakgolven. De bredere theoretische implicaties van deze ontdekking worden ook overwogen, aangezien EFS's een uitdaging vormen voor bestaande topologische classificaties en hun ingebedde singulariteiten nieuwe vragen oproepen. De onderzoekers hopen te onderzoeken of vergelijkbare structuren kunnen worden aangetroffen in andere meercomponenten- of hogere-dimensionale systemen.