Физики создали сверхтекучее твердое тело при помощи света

Физики из Италии, Австрии и США получили состояние сверхтекучего твердого тела в экситон-поляритонном конденсате. Для этого они использовали лазерный импульс в волноводе фотонного кристалла. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Сверхтекучее твердое тело — это необычное состояние материи, в котором вещество одновременно обладает кристаллическим порядком и сверхтекучестью. Это означает, что частицы в такой среде формируют периодическую структуру, но при этом могут беспрепятственно течь без трения. Впервые такое состояние ученые смогли получить лишь несколько лет назад. До сих пор такие структуры наблюдались только в атомных конденсатах Бозе — Эйнштейна при экстремально низких температурах.

Исследователи под руководством Димитриоса Трипогеоргоса (Dimitrios Trypogeorgos) из Института нанотехнологий в Лече и Мануэля Ландини (Manuele Landini) из Университета Инсбрук использовали поляритонный конденсат, формирующийся в волноводе фотонного кристалла. Они возбудили систему с помощью внерезонансного лазерного импульса, что привело к образованию конденсата поляритонов в так называемом связанном состоянии в континууме — состоянии с крайне низкими потерями. По мере роста плотности конденсата произошло параметрическое рассеяние поляритонов: часть частиц была рассеяна в два дополнительных модовых состояния с конечным импульсом, симметрично расположенных относительно центра импульсного пространства. Этот нелинейный процесс вызвал самопроизвольное нарушение трансляционной симметрии, в результате чего в системе появились периодические модуляции плотности, указывающие на образование состояния сверхтекучего твердого тела.

Используя интерферометр, ученые подтвердили когерентность волновой функции, характерную для подобного состояния материи, и зафиксировали две моды Голдстоуна, отвечающие за нарушение симметрии фазы и трансляции.

Ученые отмечают, что их метод позволяет изучать не только образование этого экзотического состояния, но и его динамические свойства, такие как возбуждение фононов и коллективные колебания.

Ученые продолжают исследования в области квантовой оптики и фотоники. О том, как можно включить поляритонный транзистор одним фотоном читайте в нашем интервью с Павлосом Лагудакисом.