Физики получили «жидкий свет» при комнатной температуре

В июне 2017 года физики впервые добились получения «жидкого света» при комнатной температуре, сделав эту странную форму материи доступнее, чем когда-либо. 

Такая материя — одновременно сверхтекучее вещество с нулевым трением и вязкостью и тип конденсата Бозе-Эйнштейна, иногда описываемого как пятое состояние материи, позволяющее свету фактически обтекать объекты и углы.

Обычный свет ведет себя как волна, а порой как частица, всегда путешествуя по прямой линии. Именно поэтому мы не можем видеть то, что находится за углами или объектами. Но в экстремальных условиях свет способен вести себя как жидкость и обтекать объекты.

Конденсаты Бозе-Эйнштейна интересны физикам потому, что в таком состоянии правила переключаются с классической на квантовую физику и материя начинает обретать более волнообразные свойства. Они формируются при температурах, близким к абсолютному нулю, и существуют на протяжении лишь долей секунды.

Однако в новом исследовании ученые сообщили о создании конденсата Бозе-Эйнштейна при комнатной температуре, использовав «франкенштейноподобную» комбинацию света и материи.

 

«Необычайное наблюдение в нашей работе заключается в том, что мы продемонстрировали, как сверхтекучесть может также происходить при комнатной температуре в условиях окружающей среды с использованием частиц света и материи — поляритонов», — рассказывает ведущий исследователь Даниель Санвитто из итальянского Института нанотехнологий CNR NANOTEC.

Для создания поляритонов понадобилось серьезное оборудование и наномасштабная инженерия. Ученые заложили 130-нанометровый слой органических молекул между двумя ультрарефлексивными зеркалами и ударили по нему лазерным пульсом в 35 фемтосекунд (одна фемтосекунда — квадриллионная секунды).

«Таким образом мы можем объединить свойства фотонов, такие как их светоэффективная масса и высокая скорость, с сильными взаимодействиями из-за протонов внутри молекул», — говорит Стефан Кена-Коэн из Политехнической школы Монреаля.

У полученной «сверхжидкости» обнаружились довольно необычные свойства. При стандартных условиях жидкость при течении создает рябь и завихрения. Однако в случае со сверхжидкостью дела обстоят иначе. Как показано на изображении выше, обычно поток поляритонов нарушается подобно волнам, но не в сверхжидкости:

«В сверхжидкости эта турбулентность не подавляется вокруг препятствий, позволяя потоку продолжать свой путь без изменений», — объясняет Кена-Коэн.

Исследователи утверждают, что результаты открывают новые возможности не только для квантовой гидродинамики, но также и поляритонных устройств комнатной температуры для будущих технологий — например, для производства сверхпроводящих материалов к солнечным панелям и лазерам.