खोलीच्या तापमानाला अतिघन

शोधनिबंधानुसार, 1956 मध्ये पेनरोज आणि ऑनसागर यांनी एक विचित्र प्रश्न विचारला: पदार्थाची एकच अवस्था एकाच वेळी स्फटिक — ज्याचे कण नियमित जाळीत मांडलेले असतात — आणि संघनित (condensate) — ज्याचे कण एकच क्वांटम लहर वाटून घेतात आणि घर्षणाविना वाहतात — असू शकते का? अशा अवस्थेला अतिघन (supersolid) म्हणतात.

पहिल्या स्पष्ट प्रायोगिक खुणा 2017 मध्ये अतिशीत अणूंच्या ढगांमध्ये मिळाल्या, आणि त्यानंतर थेंबांच्या नियमित रांगांमध्ये विभागणारे द्विध्रुवी क्वांटम वायू आले. तेव्हापासून संशोधकांनी त्यांची कंपने, द्विमितीय रांगा आणि पुंजीकृत भोवरेसुद्धा पाहिले आहेत. पण ही सर्व अतिघने फक्त काही नॅनोकेल्विनवर — निरपेक्ष शून्याच्या अब्जांश अंश वर — अस्तित्वात असतात, आणि त्यांना जड शीतन आणि निर्वात उपकरणे लागतात.

अर्धे प्रकाश, अर्धे पदार्थ

थंडीला बगल देण्याचा एक मार्ग म्हणजे एक्सिटॉन–पोलॅरिटॉन, एक संकरित आभासी कण (quasiparticle), काहीसा प्रकाश आणि काहीसा पदार्थ. पोलॅरिटॉन सतत पुरवले जातात आणि सतत गळून जातात, त्यामुळे ते कितीतरी जास्त तापमानाला सामूहिक क्वांटम सुसंगती टिकवू शकतात. पोलॅरिटॉनचे संघनित आणि अतिद्रव सेंद्रिय पदार्थांमध्ये आणि पेरोव्हस्काइटमध्ये खोलीच्या तापमानाला आधीच काम करतात. पोलॅरिटॉन अतिघन अलीकडेच फोटॉनिक स्फटिकांमध्ये तयार केले गेले होते — पण पारंपरिक अर्धसंवाहकांसह, अतिशीत (cryogenic) तापमानाला.

हाँगकाँग विद्यापीठातील शियाओबो यिन आणि शियांग झांग यांच्या नेतृत्वाखाली युआनहाओ गोंग, जिंगवेन मा आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी हे दोन घटक एकत्र आणले. त्यांनी लेड-ब्रोमाइड पेरोव्हस्काइट MAPbBr₃ चे पातळ एकल स्फटिक वाढवले, 70 नॅनोमीटर जाडीचे पटल निवडले, आणि ते एका फोटॉनिक स्फटिकावर ठेवले: दर 290 नॅनोमीटरनी पुनरावृत्त होणारी नक्षी कोरलेला सिलिकॉन नायट्राइडचा थर. ही नक्षी प्रकाश कसा प्रवास करू शकतो ते ठरवते, आणि एक उच्च-गुणवत्तेची स्थिर अवस्था (mode) व विरुद्ध दिशांना जाणाऱ्या अवस्थांची एक जोडी निर्माण करते.

दोन उंबरठे

संशोधकांनी फेम्टोसेकंद लेझर-स्पंदांनी उपकरणाला ऊर्जा पुरवली आणि त्यातून बाहेर पडणारा प्रकाश पाहिला.

• 13.14 µJ/cm² वर, स्थिर अवस्थेत एक संघनित तयार झाले.
• 15.89 µJ/cm² वर, विरुद्ध दिशांना जाणाऱ्या दोन अवस्थांमध्ये अचानक प्रकाश दिसू लागला. संघनित एका अरेषीय “पॅरामेट्रिक” प्रक्रियेद्वारे त्यांना पुरवठा करत होते — वाढीचे वक्र नेमके अशा प्रक्रियेच्या भाकिताप्रमाणे बदलतात, हे लेखक दाखवतात. विरुद्ध लहरींची जोडी भरल्याने द्रवाची गुळगुळीत, एकसमान सममिती भंगते: हीच अतिघनाची सुरुवात.

उंबरठ्याखालील उत्सर्जन (a), संघननाच्या उंबरठ्यावर (b) आणि अतिघनाच्या उंबरठ्यावर (c), जिथे संघनिताच्या ऊर्जेवर दोन विरुद्ध संवेग ψ₁(±k) वर तेजस्वी ठिपके दिसतात. — आकृती 2, Gong et al. (2026), arXiv:2609.40009.

चिपमध्ये न छापलेला स्फटिक

थेट प्रतिमा घेतल्यावर, चमकणाऱ्या द्रवात 3.33 मायक्रोमीटर अंतरावरील नियमित पट्टे दिसतात, भाकीत केलेल्या 3.46 च्या जवळ. या आवर्तनाचा चिपच्या 290 नॅनोमीटर नक्षीशी काहीही संबंध नाही: ही सुव्यवस्था कोरलेल्या रचनेचा ठसा नसून आंतरक्रियांमधूनच उद्भवते. आणि ती मऊ आहे: घनता वाढते तसे अंतर सलगपणे बदलते.

क्वांटम बाजू तपासण्यासाठी चमूने दोन एकल-फोटॉन शोधकांचा वापर करून दोन विरुद्ध अवस्थांमधील प्रकाशाचा सहसंबंध मोजला. शून्य विलंबावर सहसंबंध 1.0121 होता, 1 च्या अगदी जवळ — दोन अवस्थांमधील सुसंगतीची स्वाक्षरी. स्फटिकीय सुव्यवस्था आणि सार्वत्रिक सुसंगती एकत्र: लेखकांसाठी हा खोलीच्या तापमानाला अतिघन असल्याचा निर्णायक पुरावा आहे.

डावीकडे: वास्तव अवकाशातील अतिघन, संघनितभर पसरलेला पट्ट्यांचा आकृतिबंध. उजवीकडे: दोन विरुद्ध अवस्थांमधील सहसंबंध, शून्य विलंबावर 1.0121. — आकृती 4, Gong et al. (2026), arXiv:2609.40009.

द्रवगतिकीपासून क्वांटम प्रकाशापर्यंत

उपकरण स्पंदांनी चालवले जाते आणि सतत प्रकाश गमावत असते, त्यामुळे हे अतिघन, त्याच्या अणवीय चुलतभावांच्या उलट, असंतुलित (out of equilibrium) अवस्थेत जगते. लेखकांनी उद्धृत केलेल्या आधीच्या प्रीप्रिंट्सनी खोलीच्या तापमानाला अतिघनत्वाचे लक्ष्य आधीच ठेवले होते; हा शोधनिबंध दोन्ही सुव्यवस्थांचे थेट दर्शन झाल्याचा दावा करतो. त्यांच्या यादीत पुढे: द्विमितीय आकृतिबंध, अतिघनातील भोवरे, त्याचा कडकपणा उघड करणारी कंपने — आणि, अतिघन घडवणारे प्रकीर्णन स्वतःच अ-अभिजात प्रकाशाचा स्रोत असल्याने, ‘स्क्वीझ्ड’ आणि गुंतलेल्या (entangled) प्रकाशाचा एक संक्षिप्त, चिपवरील स्रोत.