Supersolids zijn materialen die tegelijkertijd vloeibaar en vast zijn. Natuurkundigen uit Innsbruck en Genève hebben voor het eerst onderzocht wat er gebeurt als zo'n toestand uit balans wordt gebracht. Ze ontdekten een zachte vorm van een vaste stof die van groot belang is voor de wetenschap. Zoals de onderzoekers onder leiding van Francesca Ferlaino en Thierry Giamarchi in Natuurfysica , ze waren ook in staat om het proces om te keren en de supersoliditeit te herstellen.

Vorig jaar, meer dan vijftig jaar na de eerste theoretische voorstellen, onderzoekers in Pisa, Stuttgart en Innsbruck zijn er voor het eerst onafhankelijk in geslaagd om zogenaamde supervaste stoffen te creëren met behulp van ultrakoude kwantumgassen van sterk magnetische lanthanide-atomen. Deze toestand van de materie is, in zekere zin, vast en vloeibaar tegelijk. "Vanwege kwantumeffecten, een zeer koud gas van atomen kan spontaan zowel een kristallijne orde van een vast kristal als een deeltjesstroom ontwikkelen als een supervloeibare kwantumvloeistof, d.w.z. een vloeistof die zonder wrijving kan stromen, " legt Francesca Ferlaino uit van het Instituut voor Quantum Optics en Quantum Informatie van de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen en de afdeling Experimentele Fysica van de Universiteit van Innsbruck. "Veel vereenvoudigd, een dipolaire supervaste stof kan worden voorgesteld als een keten van kwantumdruppeltjes die met elkaar communiceren via een superfluïde achtergrondbad, " zegt Thierry Giamarchi, theoretisch fysicus van de Universiteit van Genève.

Verrassend omkeerbaar

In Natuurfysica , de onderzoekers rapporteren nu hoe zo'n supervaste toestand reageert als het superfluïde bad tussen de druppeltjes wordt leeggemaakt door controle van het externe magnetische veld. "We hebben kunnen laten zien dat de druppeltjes zonder het bad snel hun kennis over elkaar verliezen en zich gaan gedragen als kleine onafhankelijke kwantumsystemen - ze defaseren. De supervaste stof verandert in een normale vaste stof, " zegt Maximilian Sohmen van het team van Francecsa Ferlaino. "Deze 'solide, ' echter, is nog zacht, het kan wiebelen en vele collectieve opwindingen ondersteunen, genaamd fononen, ", voegt Philipp Ilzhöfer van het team van Innsbruck toe. "Dit maakt deze staat tot een zeer interessant maar complex onderwerp van studie met sterke connecties met vaste-stoffysica en andere gebieden."

Misschien verrassend, de natuurkundigen van Innsbruck waren ook in staat om dit defaseringsproces om te keren:toen ze het achtergrondbad aanvulden, de druppeltjes hernieuwden hun communicatie door tunneling van deeltjes en herstelden supersoliditeit.