Os físicos criam um supersólido fora de luz: WebCuriosos

Os supersólidos são um estranho estado quântico de matéria que combina propriedades de sólidos e líquidos.

Agora eles se tornaram ainda mais alucinantes, pois os cientistas se transformaram em um supersólido. É um avanço que pode levar a novas tecnologias quânticas e fotônicas.

Além dos sólidos, líquidos, gases e plasmas cotidianos, existe um zoológico inteiro de estados exóticos da matéria. Teorizado há muito tempo, mas apenas recentemente criado, um supersólido possui uma estrutura cristalina como um sólido comum, mas também pode, contra -intuitivamente, fluir livremente como um fluido.

“Podemos imaginar o supersólido como um fluido composto por gotículas quânticas coerentes organizadas periodicamente no espaço”. diz O físico atômico e óptico Iacopo Carusotto da Universidade de Trento, na Itália.

As gotículas, Carusotto explica“são capazes de fluir através de um obstáculo sem sofrer perturbações, mantendo seu arranjo espacial e distância mútua inalterada como acontece em um sólido cristalino”.

Os supersólidos já foram feitos apenas de átomos, mas a equipe liderada por cientistas do Conselho Nacional de Pesquisa (CNR) na Itália agora criou um usando fótons pela primeira vez.

“A percepção desse estado exótico de matéria condensada em um fluido de luz que flui em uma nanoestrutura semicondutora nos permitirá investigar suas propriedades físicas de uma maneira nova e controlada e talvez ser capaz de explorar suas características únicas para possíveis aplicações em novos dispositivos de emissão de luz”. diz O físico da matéria condensada Dario Gerace, da Universidade de Pavia da Itália.

Compreender exatamente o que está acontecendo aqui pode ser complicado. Os cientistas não apenas arrancam fótons que voam livre do ar e os convencem a um estado exótico de matéria-a luz não importa, afinal, é energia.

Para fazer funcionar, os pesquisadores tiveram que acoplar os fótons a serem importantes. Os fótons vieram de um laser, que foi transmitido para um semicondutor de arseneto de gálio que forneceu a questão da equação. Os fótons interagem com as excitações no material para criar quasipartículas chamadas polaritons.

Configurações semelhantes foram usadas no passado para transformar a luz em um superfluido. Tornar -se em um supersólido toma algumas etapas extras.

O arseneto de gálio tinha uma estrutura específica projetada para manipular os fótons em três estados quânticos diferentes.

A princípio, os fótons se estabelecem em um estado com zero momento, mas quando esse estado 'se enche', pares de fótons começam a se derramar nos dois estados adjacentes. Isso faz com que os polaritons se condensem no que a equipe chama de estado vinculado no continuum (BIC).

A restrição de polaritons a cada estado dentro do semicondutor é o que lhes dá a estrutura espacial de um sólido, enquanto sua capacidade natural de fluir sem atrito os torna um superfluido. As propriedades de ambos juntas devem tornar todo o sistema um supersólido.

Para confirmar que esse era o caso, a equipe teve que verificar alguns dos sinais de Telltale. O mapeamento da densidade dos fótons revela dois picos altos com um abismo no centro. Mas, além disso, reside um padrão específico de modulação, que indica que a simetria de tradução é quebrada – uma característica dos supersólidos.

Em seguida, eles usaram interferometria para medir o estado quântico do sistema e garantir que ele fosse coerente localmente, em cada componente de estado e globalmente em todo o sistema. E com certeza, essa ordem frágil se mantinha unida, acrescentando mais evidências da criação de um supersólido.

A equipe diz que isso representa uma maneira totalmente nova de fazer o estranho estado da matéria.

“Este trabalho não apenas demonstra a observação de uma fase supersólida em uma plataforma fotônica, mas também abre o caminho para a exploração de fases quânticas da matéria em sistemas de não equilíbrio”. diz O físico Daniele Sanvitto, do Instituto de Nanotecnologia da CNR.

“Isso é particularmente significativo porque essa abordagem tem o potencial de preencher a lacuna entre ciência fundamental e aplicações práticas”.

A pesquisa foi publicada na revista Natureza.