Một nhóm các nhà khoa học Ý đã đạt được một bước đột phá khoa học quan trọng bằng cách biến ánh sáng thành một trạng thái vật chất kỳ lạ được gọi là "siêu rắn". Trạng thái này, được công bố trên tạp chí Nature vào tháng 3 năm 2025, kết hợp các đặc tính của cả vật rắn và chất lỏng siêu chảy, mở ra những khả năng mới cho công nghệ lượng tử và quang tử.
Theo truyền thống, siêu rắn thường được tạo ra bằng cách làm lạnh các nguyên tử đến nhiệt độ gần độ không tuyệt đối. Tuy nhiên, nghiên cứu mới này đã chứng minh rằng có thể tạo ra siêu rắn bằng cách điều khiển chính ánh sáng. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một chất bán dẫn bằng nhôm và gali arsenide, được cấu trúc với các rãnh hẹp. Khi chiếu một chùm tia laser vào vật liệu này, họ đã tạo ra các bán hạt gọi là "polariton" – sự tương tác giữa photon (hạt ánh sáng) và exciton (cặp electron-lỗ trống) trong chất bán dẫn.
Các polariton này bị giới hạn trong một cấu trúc vi mô, khiến chúng tự động sắp xếp thành một cấu trúc tinh thể trong khi vẫn giữ các đặc tính siêu chảy. Việc hiện thực hóa trạng thái này đòi hỏi các phép đo cực kỳ chính xác để xác nhận rằng vật liệu thu được thể hiện cả độ cứng của chất rắn và tính lưu động không nhớt của chất lỏng siêu chảy. Các nhà nghiên cứu đã phải đặc trưng hóa chính xác điều biến mật độ của trạng thái polariton, phát hiện ra những biến đổi nhỏ chỉ vài phần nghìn.
Độ chính xác này cho phép quan sát "sự phá vỡ đối xứng tịnh tiến", một hiện tượng vật lý đánh dấu sự chuyển đổi từ trạng thái đồng nhất sang trạng thái có trật tự, đặc trưng cho một chất rắn tinh thể. Thành tựu này mở ra cánh cửa cho các ứng dụng tiềm năng mới trong công nghệ lượng tử và quang tử, có thể dẫn đến việc tạo ra các thiết bị chiếu sáng hiệu quả hơn, chất bôi trơn không ma sát hoặc máy tính mô phỏng thần kinh.
Khám phá này cũng có thể thúc đẩy tiến bộ trong các lĩnh vực siêu dẫn, máy tính lượng tử và thậm chí là phát triển các chất bôi trơn không ma sát. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp định lượng để xác nhận đặc tính siêu rắn của trạng thái này, phát hiện ra rằng hệ thống có thể giảm năng lượng của nó bằng cách tự động tạo ra sóng mật độ và "đóng băng" thành một mẫu có trật tự trong khi vẫn duy trì một trạng thái lượng tử duy nhất, mạch lạc. Điều này được mô tả là "nhà hát lượng tử", cho thấy khả năng kiểm soát và thao tác ánh sáng ở cấp độ lượng tử một cách đáng kinh ngạc.
Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi các dự án Q-ONE và PolArt của Liên minh Châu Âu, và được công bố trên tạp chí "Nature". Bước đột phá này chứng minh rằng các hiện tượng lượng tử phức tạp, từng được coi là lý thuyết, có thể được hiện thực hóa bằng thực nghiệm, mở ra những viễn cảnh mới cho khoa học và công nghệ.