Włoscy naukowcy dokonali przełomowego odkrycia, przekształcając światło w „nadstały” – egzotyczny stan materii, który łączy w sobie cechy ciała stałego i płynu. Wyniki badań, opublikowane w marcu 2025 roku w czasopiśmie „Nature”, otwierają nowe perspektywy dla rozwoju technologii kwantowych i fotonicznych.
Tradycyjnie nadstałe uzyskuje się poprzez schłodzenie atomów do temperatur bliskich zera absolutnego. Wówczas cząstki te porządkują się w strukturę krystaliczną, zachowując jednocześnie właściwości nadciekłe. Nowe badanie wykazało jednak, że możliwe jest stworzenie nadstałego poprzez manipulację światłem. Naukowcy wykorzystali półprzewodnik z arsenku glinu i galu, ustrukturyzowany w postaci wąskich rowków. Projekcja wiązki laserowej na ten materiał pozwoliła na wygenerowanie kwazicząstek zwanych „polarytonami”, powstałych w wyniku interakcji między fotonami a ekscytonami (pary elektron-dziura) w półprzewodniku.
Polarytony te zostały uwięzione w mikroskopijnej strukturze, co skłoniło je do spontanicznego zorganizowania się w strukturę krystaliczną, przy jednoczesnym zachowaniu właściwości nadciekłych. Eksperyment wymagał niezwykle precyzyjnych pomiarów, aby potwierdzić, że uzyskany materiał wykazywał zarówno sztywność ciała stałego, jak i płynność nadcieczy bez lepkości. Naukowcy musieli dokładnie scharakteryzować modulację gęstości stanu polarytonowego, wykrywając minimalne odchylenia rzędu kilku tysięcznych.
Precyzja ta umożliwiła obserwację „przełamania symetrii translacyjnej”, zjawiska fizycznego oznaczającego przejście od stanu jednorodnego do stanu uporządkowanego, charakterystycznego dla ciała stałego. Przełom ten otwiera drzwi do nowych potencjalnych zastosowań w technologiach kwantowych i fotonicznych, takich jak tworzenie bardziej wydajnych urządzeń oświetleniowych, smarów bez tarcia czy komputerów neuromorficznych.
Odkrycie to może stymulować postęp w dziedzinach nadprzewodnictwa, obliczeń kwantowych, a nawet rozwoju smarów o zerowym współczynniku tarcia. Badania nad polarytonami, hybrydowymi cząstkami światła i materii, stanowią klucz do zrozumienia i wykorzystania tych egzotycznych stanów materii, które wcześniej były jedynie teoretycznym konstruktem. Jest to kamień milowy w badaniach nad fizyką kwantową i fotoniką, rozszerzający nasze rozumienie światła i jego potencjalnych zastosowań.