СВЕРХТВЁРДОЕ ТЕЛО ПРИ КОМНАТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ
В 1956 году, как сказано в статье, Пенроуз и Онсагер задали странный вопрос: может ли одно и то же состояние вещества быть одновременно кристаллом, частицы которого выстроены в правильную решётку, и конденсатом, частицы которого разделяют одну квантовую волну и текут без трения? Такое состояние называют сверхтвёрдым телом (supersolid).
Первые явные экспериментальные признаки появились в 2017 году в облаках ультрахолодных атомов, а затем — в дипольных квантовых газах, распадающихся на регулярные массивы капель. С тех пор исследователи наблюдали их колебания, двумерные массивы и даже квантованные вихри. Но все эти сверхтвёрдые тела существуют при нескольких нанокельвинах, миллиардных долях градуса выше абсолютного нуля, и требуют громоздкой криогенной и вакуумной техники.
Наполовину свет, наполовину вещество
Обойти холод позволяет экситон-поляритон — гибридная квазичастица, отчасти свет, отчасти вещество. Поскольку поляритоны постоянно накачиваются и постоянно утекают, они способны сохранять коллективную квантовую когерентность при гораздо более высоких температурах. Конденсаты и сверхтекучие жидкости из поляритонов уже работают при комнатной температуре в органических материалах и перовскитах. Поляритонное сверхтвёрдое тело недавно было получено в фотонных кристаллах — но на обычных полупроводниках и при криогенных температурах.
Юаньхао Гун, Цзинвэнь Ма и их коллеги под руководством Сяобо Иня и Сян Чжана из Гонконгского университета объединили оба ингредиента. Они вырастили тонкие монокристаллы перовскита на основе бромида свинца, MAPbBr₃, выбрали плёнку толщиной 70 нанометров и положили её на фотонный кристалл — слой нитрида кремния с вытравленным рисунком, повторяющимся каждые 290 нанометров. Рисунок определяет, как может распространяться свет, создавая одну высокодобротную моду в покое и пару мод, бегущих в противоположных направлениях.
Два порога
Исследователи накачивали устройство фемтосекундными лазерными импульсами и наблюдали за испускаемым светом.
- При 13,14 мкДж/см² в покоящейся моде образовался конденсат.
- При 15,89 мкДж/см² внезапно появился свет в двух встречных модах. Конденсат подпитывал их через нелинейный «параметрический» процесс — авторы показывают, что кривые роста меняются в точности так, как предсказывает такой процесс. Заселение пары встречных волн нарушает гладкую однородную симметрию жидкости: это и есть возникновение сверхтвёрдого состояния.
Излучение ниже порога (a), на пороге конденсации (b) и на пороге сверхтвёрдого состояния (c), где при энергии конденсата появляются яркие пятна при двух противоположных импульсах ψ₁(±k). — Рисунок 2, Gong et al. (2026), arXiv:2609.40009.
Кристалл, которого нет в рисунке чипа
На прямом изображении светящаяся жидкость показывает регулярные полосы с шагом 3,33 микрометра, близким к предсказанным 3,46. Этот период не имеет ничего общего с 290-нанометровым рисунком чипа: порядок — не отпечаток вытравленной структуры, а следствие самих взаимодействий. И он мягкий: при росте плотности шаг непрерывно смещается.
Чтобы проверить квантовую сторону, команда измерила корреляцию света из двух встречных мод с помощью двух детекторов одиночных фотонов. При нулевой задержке корреляция составила 1,0121, очень близко к 1, — признак когерентности между двумя модами. Кристаллический порядок и глобальная когерентность вместе: для авторов это окончательное доказательство сверхтвёрдого тела при комнатной температуре.
Слева: сверхтвёрдое тело в реальном пространстве — узор из полос, распространяющийся по конденсату. Справа: корреляция между двумя встречными модами, 1,0121 при нулевой задержке. — Рисунок 4, Gong et al. (2026), arXiv:2609.40009.
От гидродинамики к квантовому свету
Устройство работает от импульсов и постоянно теряет свет, поэтому это сверхтвёрдое тело существует вне равновесия, в отличие от своих атомных родственников. Более ранние препринты, на которые ссылаются авторы, уже нацеливались на сверхтвёрдость при комнатной температуре; эта работа заявляет о прямом наблюдении обоих порядков. Следующие пункты в их списке: двумерные узоры, сверхтвёрдые вихри, колебания, раскрывающие его жёсткость, — а поскольку рассеяние, создающее сверхтвёрдое тело, само является источником неклассического света, ещё и компактный источник сжатого и запутанного света на чипе.