„Wir haben Licht in einen Feststoff umgewandelt. Es ist fantastisch.“ Die Worte von Dimitris Trypogeorgos Sie sind die Synthese eines außergewöhnlichen Experiments gerade gepostet Natur. Ein Superfestkörper aus Licht. Ein Quantenmaterial, das sich allen bekannten Kategorien widersetzt und sich gleichzeitig wie ein fester Kristall und eine Flüssigkeit ohne Viskosität verhält. Bis gestern konnten wir uns solche exotischen Materiezustände nur mithilfe ultrakalter Atome vorstellen.
Heute dank eines Teams von Physikern aus National Research Council Italienisch, das Licht selbst wurde in diesen paradoxen Zustand versetzt und öffnet die Türen zu einem neuen Kapitel in der Grundlagenphysik und vielleicht zu Technologien, die wir uns noch nicht einmal vorstellen können.
Wenn das Unmögliche experimentell wird
Es ist nicht das erste Mal, dass uns Licht überrascht. Von 2009Wenn Daniele Sanvitto, ebenfalls Forscher am CNR, zeigte, dass sich Licht wie eine Flüssigkeit verhalten kann, wussten wir, dass dieses scheinbar einfache Element außergewöhnliche Eigenschaften verbirgt. Doch der nächste Schritt – die Umwandlung von Licht in einen Suprafestkörper – schien eine nahezu unmögliche Leistung.
Doch mithilfe eines komplexen Versuchsaufbaus, der Laser und Gallium-Aluminium-Arsenid-Halbleiter kombinierte, ist es italienischen Forschern gelungen. Sie manipulierten nicht nur das Licht, Sie haben es im Grunde in etwas verwandelt, das sich jeder klassischen Kategorisierung entzieht. Ich frage mich, wie viele Überraschungen dieser Photonenstrahl, den wir tagtäglich als selbstverständlich hinnehmen, noch für uns bereithält.
Wir stehen wirklich am Anfang von etwas Neuem.
Was ist ein Suprafestkörper und warum sollte er uns begeistern?
Was genau ist ein Suprafestkörper? Stellen Sie sich vor, Sie nehmen einen Eiswürfel, der zwar seine kubische Form beibehält, aber gleichzeitig mühelos durch ein Sieb passt, als wäre er Wasser. Es scheint absurd, aber genau das passiert in diesen exotischen Materiezuständen: Starre Kristallstruktur und reibungsloser Fluss koexistieren im selben Material.
Bisher war es Physikern nur durch die Abkühlung von Atomen auf Temperaturen sehr nahe dem absoluten Nullpunkt (-273,15 Grad Celsius) möglich, bei dem Quanteneffekte dominieren. Die große Neuigkeit ist, dass Wir können sie jetzt durch die Manipulation von Licht bei viel höheren Temperaturen erhalten, dank der Wechselwirkung mit speziell strukturierten Halbleitermaterialien. Dies bedeutet, dass diese Quantenphänomene unter viel zugänglicheren Bedingungen untersucht werden können.
Die italienische Methode, das Licht zu zähmen
Das Experiment war alles andere als einfach. Die Forscher mussten auf dem Halbleiter „Rillen“ mit mikrometrischer Präzision entwerfen und so ein Muster erstellen, das die durch die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie entstehenden Hybridpartikel (die sogenannten „Polaritonen“). Diese Beschränkung zwang die Polaritonen, sich in einer kristallinen Struktur anzuordnen, während die für Quantensysteme typische Fluidität erhalten blieb.
Heiliger Vitto zeigt, wie viele Herausforderungen sie bewältigen mussten, um zu beweisen, dass sie tatsächlich einen Suprafestkörper aus Licht geschaffen hatten. Es gab keine Präzedenzfälle, kein experimentelles Protokoll, dem man folgen konnte. Sie mussten mehrere Eigenschaften gleichzeitig messen, um zu beweisen, dass ihr Material war tatsächlich sowohl fest als auch flüssig ohne Viskosität.
Eine supersolide Zukunft, die noch geschrieben werden muss
zweite Alberto Bramati des Sorbonne Universität, dieses Experiment ist nur der erste Schritt. Um die Eigenschaften dieses Suprafestkörpers aus Licht vollständig zu verstehen, müssen noch zahllose Messungen durchgeführt werden, aber die Möglichkeiten sind aufregend.
Trypogeorgos legt nahe, dass diese photonischen Suprafestkörper leichter zu manipulieren sein könnten als atomare, was neue Möglichkeiten für die Untersuchung exotischer Materiezustände eröffnen würde, die bisher unerreichbar waren. Vielleicht wird diese scheinbar abstrakte Forschung eines Tages zu revolutionären Technologien führen, so wie es bei anderen Quantenphänomenen der Fall war, die heute Computer, Laser und medizinische Geräte antreiben.
Wir stehen tatsächlich erst am Anfang eines neuen Kapitels der Physik. Und wie so oft beginnt alles mit einem Lichtstrahl.
