ঘরের তাপমাত্রায় একটি সুপারসলিড

গবেষণাপত্র অনুযায়ী, ১৯৫৬ সালে পেনরোজ ও অনসাগার একটি অদ্ভুত প্রশ্ন তুলেছিলেন: পদার্থের একটিমাত্র অবস্থা কি একই সঙ্গে একটি কেলাস হতে পারে, যার কণাগুলো নিয়মিত জালকে সাজানো, এবং একটি ঘনীভূত দশা (কনডেনসেট), যার কণাগুলো একটিই কোয়ান্টাম তরঙ্গ ভাগ করে নেয় এবং ঘর্ষণ ছাড়াই প্রবাহিত হয়? এমন অবস্থাকে বলে সুপারসলিড (অতিকঠিন)।

প্রথম স্পষ্ট পরীক্ষামূলক চিহ্ন পাওয়া যায় ২০১৭ সালে, অতিশীতল পরমাণুর মেঘে, তারপর দ্বিমেরু কোয়ান্টাম গ্যাসে, যা ফোঁটার নিয়মিত সারিতে ভেঙে যায়। তারপর থেকে গবেষকেরা এদের কম্পন, দ্বিমাত্রিক সারি, এমনকি কোয়ান্টায়িত ঘূর্ণিও দেখেছেন। কিন্তু এই সব সুপারসলিডের অস্তিত্ব মাত্র কয়েক ন্যানোকেলভিনে, অর্থাৎ পরম শূন্যের ওপরে এক ডিগ্রির শতকোটি ভাগের কয়েক ভাগে, এবং এদের জন্য ভারী শীতলীকরণ ও শূন্যস্থান যন্ত্রপাতি লাগে।

অর্ধেক আলো, অর্ধেক পদার্থ

ঠান্ডাকে পাশ কাটানোর একটি উপায় হলো এক্সাইটন–পোলারিটন, একটি সংকর আধা-কণা (কোয়াসিপার্টিকল), যা আংশিক আলো ও আংশিক পদার্থ। পোলারিটনগুলো যেহেতু অবিরাম পাম্প করা হয় এবং অবিরাম চুইয়ে বেরিয়ে যায়, তাই এরা অনেক বেশি তাপমাত্রায় যৌথ কোয়ান্টাম সুসংগতি বজায় রাখতে পারে। পোলারিটনের কনডেনসেট ও সুপারফ্লুইড ইতিমধ্যেই জৈব পদার্থ ও পেরোভস্কাইটে ঘরের তাপমাত্রায় কাজ করে। সম্প্রতি ফোটনিক কেলাসে একটি পোলারিটন সুপারসলিড তৈরি করা হয়েছিল — কিন্তু প্রচলিত অর্ধপরিবাহী দিয়ে, অতিনিম্ন (ক্রায়োজেনিক) তাপমাত্রায়।

হংকং বিশ্ববিদ্যালয়ে শিয়াওবো ইন ও শিয়াং ঝাংয়ের নেতৃত্বে ইউয়ানহাও গং, জিংওয়েন মা ও তাঁদের সহকর্মীরা দুটি উপাদানকে মিলিয়েছেন। তাঁরা লেড-ব্রোমাইড পেরোভস্কাইট MAPbBr₃-এর পাতলা একক কেলাস জন্মান, ৭০ ন্যানোমিটার পুরু একটি পর্দা বেছে নেন, এবং সেটি একটি ফোটনিক কেলাসের ওপর বসান: সিলিকন নাইট্রাইডের একটি স্তর, যাতে প্রতি ২৯০ ন্যানোমিটার অন্তর পুনরাবৃত্ত একটি নকশা খোদাই করা। নকশাটি ঠিক করে আলো কীভাবে চলতে পারে, ফলে তৈরি হয় স্থির অবস্থায় একটি উচ্চমানের মোড এবং বিপরীত দিকে চলা একজোড়া মোড।

দুটি সীমা

গবেষকেরা যন্ত্রটিকে ফেমটোসেকেন্ড লেজার স্পন্দন দিয়ে পাম্প করেন এবং এর নিঃসৃত আলো পর্যবেক্ষণ করেন।

• 13.14 µJ/cm²-এ স্থির মোডে একটি কনডেনসেট তৈরি হয়।
• 15.89 µJ/cm²-এ বিপরীতমুখী দুটি মোডে হঠাৎ আলো দেখা দেয়। কনডেনসেটটি একটি অরৈখিক “প্যারামেট্রিক” প্রক্রিয়ার মাধ্যমে তাদের শক্তি জোগাচ্ছিল — লেখকেরা দেখিয়েছেন যে বৃদ্ধির বক্ররেখাগুলো ঠিক তেমনভাবেই বদলায় যেমনটা এমন প্রক্রিয়া পূর্বাভাস দেয়। একজোড়া বিপরীত তরঙ্গ পূর্ণ হওয়ায় প্রবাহীর মসৃণ, সুষম প্রতিসাম্য ভেঙে যায়: এটিই সুপারসলিডের সূচনা।

সীমার নিচে (a), ঘনীভবনের সীমায় (b) ও সুপারসলিডের সীমায় (c) নিঃসরণ, যেখানে কনডেনসেটের শক্তিতে দুটি বিপরীত ভরবেগ ψ₁(±k)-এ উজ্জ্বল বিন্দু দেখা দেয়। — চিত্র ২, গং ও অন্যান্য (২০২৬), arXiv:2609.40009।

এমন একটি কেলাস, যা চিপে ছাপা নয়

সরাসরি ছবি তুললে উজ্জ্বল প্রবাহীটিতে ৩.৩৩ মাইক্রোমিটার ব্যবধানে নিয়মিত ডোরা দেখা যায়, যা পূর্বাভাসিত ৩.৪৬-এর কাছাকাছি। সেই পর্যায়ের সঙ্গে চিপের ২৯০ ন্যানোমিটারের নকশার কোনো সম্পর্ক নেই: বিন্যাসটি খোদাই করা কাঠামোর ছাপ নয়, বরং মিথস্ক্রিয়া থেকেই উদ্ভূত। আর এটি নরম: ঘনত্ব বাড়ার সঙ্গে সঙ্গে ব্যবধান অবিচ্ছিন্নভাবে সরে যায়।

কোয়ান্টাম দিকটি যাচাই করতে দলটি দুটি একক-ফোটন শনাক্তকারী দিয়ে মেপেছে বিপরীত দুটি মোডের আলো কীভাবে সহসম্পর্কিত। শূন্য বিলম্বে সহসম্পর্ক ছিল ১.০১২১, ১-এর খুব কাছাকাছি, যা দুটি মোডের মধ্যে সুসংগতির স্বাক্ষর। কেলাসীয় বিন্যাস ও সামগ্রিক সুসংগতি একসঙ্গে: লেখকদের কাছে, ঘরের তাপমাত্রায় সুপারসলিডের চূড়ান্ত প্রমাণ।

বাঁয়ে: বাস্তব স্থানে সুপারসলিড, কনডেনসেট জুড়ে ছড়িয়ে পড়া ডোরার নকশা। ডানে: বিপরীত দুটি মোডের মধ্যে সহসম্পর্ক, শূন্য বিলম্বে ১.০১২১। — চিত্র ৪, গং ও অন্যান্য (২০২৬), arXiv:2609.40009।

প্রবাহী-গতিবিদ্যা থেকে কোয়ান্টাম আলো

যন্ত্রটি স্পন্দন দিয়ে চালিত এবং অবিরাম আলো হারায়, তাই এই সুপারসলিড তার পারমাণবিক জ্ঞাতিদের মতো নয়, সাম্যাবস্থার বাইরে থাকে। লেখকদের উদ্ধৃত আগের কিছু প্রিপ্রিন্ট ইতিমধ্যেই ঘরের তাপমাত্রায় সুপারসলিডতা লক্ষ্য করেছিল; এই গবেষণা দুটি বিন্যাসই সরাসরি দেখার দাবি করে। তাঁদের তালিকায় এরপর: দ্বিমাত্রিক নকশা, সুপারসলিড ঘূর্ণি, যে কম্পন এর দৃঢ়তা প্রকাশ করে — এবং যেহেতু সুপারসলিড গড়ে তোলা বিক্ষেপণ নিজেই অ-ধ্রুপদি আলোর উৎস, তাই স্কুইজড ও জড়িত (এনট্যাঙ্গলড) আলোর একটি সংহত, চিপ-ভিত্তিক উৎস।