In juni 2017 pionierden natuurkundigen met de productie van "vloeibaar licht" bij kamertemperatuur, waardoor deze vreemde vorm van materie toegankelijker dan ooit werd.
Dergelijke materie is zowel een superfluïde substantie zonder wrijving en viscositeit als een soort Bose-Einstein-condensaat, soms beschreven als de vijfde staat van materie, waardoor licht daadwerkelijk rond objecten en hoeken kan stromen.
Gewoon licht gedraagt zich als een golf en soms als een deeltje, altijd in een rechte lijn. Daarom kunnen we niet zien wat zich achter hoeken of objecten bevindt. Maar onder extreme omstandigheden kan licht zich gedragen als een vloeistof en rond objecten stromen.
Bose-Einstein-condensaten zijn interessant voor natuurkundigen omdat in zo'n toestand de regels overschakelen van klassieke naar kwantumfysica en materie meer golfachtige eigenschappen begint te krijgen. Ze vormen zich bij temperaturen dichtbij het absolute nulpunt en bestaan slechts een fractie van een seconde.
In een nieuwe studie rapporteerden wetenschappers echter de vorming van een Bose-Einstein-condensaat bij kamertemperatuur met behulp van een "Frankenstein-achtige" combinatie van licht en materie.
Polaritonflux botst met een obstakel in niet-superfluïde (boven) en superfluïde (onder) staten / Polytechnique Montreal.
"Een buitengewone observatie in ons werk is dat we hebben aangetoond hoe superfluïditeit ook kan optreden bij kamertemperatuur onder omgevingsomstandigheden met behulp van deeltjes van licht en materie - polaritonen", zegt hoofdonderzoeker Daniel Sanvitto van CNR NANOTEC, het Italiaanse instituut voor nanotechnologie.
Het creëren van polaritonen vereiste serieuze apparatuur en engineering op nanoschaal. Wetenschappers legden een laag van 130 nanometer organische moleculen tussen twee ultrareflecterende spiegels en sloegen erop met een laserpuls van 35 femtoseconden (een femtoseconde is een biljard seconde).
Promotie video:
"Op deze manier kunnen we de eigenschappen van fotonen, zoals hun lichtefficiënte massa en hoge snelheid, combineren met sterke interacties door protonen in moleculen", zegt Stephen Kena-Cohen van de Ecole Polytechnique de Montreal.
De resulterende "supervloeistof" vertoonde nogal ongebruikelijke eigenschappen. Onder standaardomstandigheden veroorzaakt de vloeistof rimpelingen en wervelingen tijdens het stromen. In het geval van supervloeistof liggen de zaken echter anders. Zoals te zien is in de afbeelding hierboven, wordt de polaritonflux meestal als golven verstoord, maar niet in een supervloeistof:
“In een supervloeistof wordt deze turbulentie rond obstakels niet onderdrukt, waardoor de stroming ongewijzigd kan doorgaan”, legt Kena-Cohen uit.
De onderzoekers stellen dat de resultaten niet alleen nieuwe mogelijkheden openen voor kwantumhydrodynamica, maar ook voor polariton-apparaten op kamertemperatuur voor toekomstige technologieën - bijvoorbeeld voor de productie van supergeleidende materialen voor zonnepanelen en lasers.
Vladimir Mirny
