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Este descubrimiento marca un hito importante en el estudio de los estados cuánticos exóticos. A diferencia de experimentos anteriores, que utilizaban átomos enfriados a temperaturas extremas, este nuevo enfoque se basa en un semiconductor y un láser, ofreciendo una mayor flexibilidad experimental.
Un estado de materia con propiedades únicas
Los supersólidos son materiales predichos teóricamente desde la década de 1960. Poseen una estructura cristalina ordenada, mientras se comportan como un superfluido, es decir, sin viscosidad. Estas propiedades contradictorias resultan de efectos cuánticos que solo se manifiestan en condiciones muy específicas, donde las partículas comparten una fase común mientras se organizan espacialmente para minimizar su energía.
Hasta ahora, los supersólidos solo se habían observado con átomos ultrafríos, donde los efectos cuánticos dominan. Estos experimentos requerían temperaturas cercanas al cero absoluto, lo que limitaba las manipulaciones. Este nuevo enfoque, utilizando polaritones generados por la interacción entre la luz y un semiconductor, permite crear un supersólido a temperatura ambiente, una primicia en el campo.
Los polaritones, estas partículas híbridas, combinan las propiedades de la luz y la materia. Permiten reproducir las características de un supersólido en un sistema más accesible y controlable. Este avance abre el camino a nuevos estudios sobre las transiciones de fase cuánticas y podría tener aplicaciones en el desarrollo de tecnologías cuánticas.
Un experimento innovador
Los investigadores utilizaron un semiconductor de arseniuro de aluminio-galio, un material común en las tecnologías optoelectrónicas. Al dirigir un láser sobre este semiconductor, generaron polaritones, partículas híbridas resultantes de la interacción entre la luz y la materia. Estas cuasipartículas fueron controladas gracias a un patrón de crestas microscópicas grabadas en el semiconductor, permitiendo estructurar su movimiento y energía.
Estas crestas jugaron un papel clave al forzar a los polaritones a organizarse en un estado supersólido. En este estado, las partículas comparten una fase común mientras minimizan su energía, creando así una estructura tanto ordenada como fluida. Los investigadores midieron con precisión las propiedades de este nuevo estado, confirmando tanto su estructura cristalina como su ausencia de viscosidad, dos características esenciales de un supersólido.
Este experimento marca una ruptura con respecto a los métodos tradicionales, que se basaban en átomos ultrafríos. Al utilizar un sistema fotónico, los investigadores demostraron que es posible crear y manipular supersólidos en condiciones menos extremas. Este enfoque abre nuevas perspectivas para el estudio de materiales cuánticos y podría facilitar el descubrimiento de estados de materia aún desconocidos.
Para profundizar: ¿Qué es un polaritón?
Un polaritón es una cuasipartícula híbrida resultante de la interacción entre la luz y la materia. Se forma cuando fotones, las partículas de luz, se acoplan a excitones, estados excitados de la materia en un semiconductor. Esta combinación le da al polaritón propiedades únicas, a medio camino entre las de la luz y la materia.
Los polaritones son particularmente interesantes en física cuántica porque permiten explorar fenómenos como la condensación de Bose-Einstein a temperaturas más accesibles que las requeridas para los átomos. Se comportan como partículas masivas mientras conservan ciertas características de la luz, como la capacidad de moverse rápidamente.
En el experimento reciente, los polaritones fueron utilizados para crear un estado supersólido. Su capacidad para auto-organizarse y compartir una fase común los convierte en candidatos ideales para estudiar estados cuánticos exóticos. Esta flexibilidad abre el camino a nuevas investigaciones sobre materiales cuánticos y sus aplicaciones potenciales.