2855
Міжнародна команда дослідників створила надтвердий квантовий стан матерії, який працює за кімнатної температури. Результати роботи опублікували 16 жовтня 2026 року в журналі Science Advances.
Що таке надтвердий стан
Надтвердість поєднує властивості надплинної рідини, яка тече без опору, та твердого тіла з упорядкованою кристалічною структурою. Частинки в такому стані організовані, але можуть вільно рухатися. У цьому експерименті йдеться про надтвердий стан в екситон-поляритонному конденсаті Бозе – Ейнштейна.
Екситон-поляритон є квазічастинкою, що поєднує світло й матерію: світло взаємодіє з електронними збудженнями в напівпровіднику. У конденсаті Бозе – Ейнштейна багато частинок або квазічастинок об’єднуються та поводяться як єдина квантова система, завдяки чому можна спостерігати квантові ефекти.
Як проводили експеримент
Зазвичай для отримання таких станів потрібне охолодження до температур, близьких до абсолютного нуля – мінус 273,15 градуса Цельсія. У новому експерименті дослідники використали мікрорезонатор, що утримує світло. Його заповнили нематичним рідким кристалом і двома шарами органічного полімеру MeLPPP – метилзаміщеного драбинчастого полі(п-фенілену), який містить екситонні резонанси.
Фізик Віктор Пісек із Військово-технічного університету в Польщі пояснив, що мікрорезонатори з рідкими кристалами можуть працювати навіть за температури, близької до 60 °C. Квантову реакцію запускали лазерними імпульсами, які подавали енергію в систему. Мікрорезонатором можна керувати за допомогою напруги, а його використання не потребує кріогенного обладнання.
Надтвердий стан існував недовго: екситон-поляритони зберігаються лише кілька пікосекунд. Цього вистачило, щоб сформувався конденсат Бозе – Ейнштейна та проявилися надплинні властивості. Водночас напівпровідник і рідкий кристал у мікрорезонаторі з часом деградували через взаємодію, тож вимірювання потрібно було завершити протягом кількох годин після створення зразка.
«Нам доводилося планувати всю послідовність експериментів заздалегідь. Повторення вимірювання означало виготовлення абсолютно нового зразка», – сказав фізик Марцін Мушинський із Міського коледжу Нью-Йорка.
Що показали спостереження
Після кожного лазерного імпульсу конденсат утворювався знову, а його смуги – кристалоподібна частина надтвердого стану – щоразу виникали в дещо інших місцях. Розподіл смуг щільності змінювався випадково, що засвідчило стійкість до безладу. Дослідники також зафіксували випадкову появу вихорів, які є ознакою надплинності.
За словами фізика Гійома Мальпюша з Французького національного центру наукових досліджень (CNRS), це «хрестоматійний приклад спонтанного порушення симетрії». Теорія передбачала, що надтвердий стан може обирати один із кількох рівнозначних станів. Спостереження підтвердили, що візерунок утворює сам квантовий стан, а не структура мікрорезонатора.
Результати можуть допомогти вивчати й розробляти квантові технології без складних систем охолодження. Серед можливих напрямів – компактніші квантові комп’ютери та надчутливі сенсори. Дослідження також поглиблює розуміння квантових рідин світла, зокрема за наявності спін-орбітального зв’язку – взаємодії між поляризацією світла та його рухом.
Наступне завдання дослідників – знайти способи подовжити існування таких станів і докладніше вивчити квантові вихори. Поки що відкриття має фундаментальний характер і не означає, що технологію вже можна застосовувати в квантових комп’ютерах.
Джерело: kurazh.org
