کمرے کے درجۂ حرارت پر ایک سپر سالڈ

مقالے کے مطابق 1956 میں پنروز اور اونساگر نے ایک عجیب سوال اٹھایا: کیا مادے کی ایک ہی حالت بیک وقت قلم (crystal) ہو سکتی ہے، جس کے ذرات ایک باقاعدہ جالی میں ترتیب پائے ہوں، اور کنڈینسیٹ (condensate) بھی، جس کے ذرات ایک ہی کوانٹم لہر میں شریک ہوں اور بغیر رگڑ کے بہیں؟ ایسی حالت کو سپر سالڈ (supersolid) کہا جاتا ہے۔

پہلی واضح تجرباتی علامات 2017 میں انتہائی ٹھنڈے ایٹموں کے بادلوں میں سامنے آئیں، جن کے بعد دو قطبی (dipolar) کوانٹم گیسیں آئیں جو قطروں کی باقاعدہ قطاروں میں بٹ جاتی ہیں۔ تب سے محققین ان کے ارتعاشات، دو جہتی قطاریں اور یہاں تک کہ کوانٹم شدہ بھنور (vortices) بھی دیکھ چکے ہیں۔ لیکن یہ تمام سپر سالڈ چند نینو کیلون پر، یعنی مطلق صفر سے ایک درجے کے اربویں حصوں اوپر، موجود ہوتے ہیں اور بھاری بھرکم ٹھنڈک اور خلا (vacuum) کے آلات کے محتاج ہیں۔

آدھا روشنی، آدھا مادہ

سردی سے بچنے کا ایک راستہ ایکسیٹون-پولیریٹون ہے، ایک دوغلا شبہ ذرہ (quasiparticle) جو کچھ روشنی اور کچھ مادہ ہے۔ چونکہ پولیریٹونوں کو مسلسل پمپ کیا جاتا ہے اور وہ مسلسل رستے رہتے ہیں، اس لیے وہ کہیں زیادہ درجۂ حرارت پر اجتماعی کوانٹم ہم آہنگی برقرار رکھ سکتے ہیں۔ پولیریٹونوں کے کنڈینسیٹ اور سپر فلوئڈ نامیاتی مادوں اور پیرووسکائٹس میں پہلے ہی کمرے کے درجۂ حرارت پر کام کرتے ہیں۔ پولیریٹون سپر سالڈ حال ہی میں فوٹونی قلموں (photonic crystals) میں بنایا گیا تھا — لیکن روایتی سیمی کنڈکٹرز کے ساتھ، انتہائی سرد (cryogenic) درجۂ حرارت پر۔

یونیورسٹی آف ہانگ کانگ میں شیاؤبو ین اور شیانگ ژانگ کی قیادت میں یوآن ہاؤ گونگ، جنگ وین ما اور ان کے ساتھیوں نے دونوں اجزا کو یکجا کیا۔ انہوں نے سیسہ برومائیڈ پیرووسکائٹ MAPbBr₃ کے پتلے واحد قلم اگائے، 70 نینو میٹر موٹی تہہ چنی، اور اسے ایک فوٹونی قلم پر رکھا: سلیکون نائٹرائڈ کی ایک تہہ جس پر ہر 290 نینو میٹر پر دہرایا جانے والا نقش کندہ ہے۔ یہ نقش طے کرتا ہے کہ روشنی کیسے سفر کر سکتی ہے، اور ایک ساکن اعلیٰ معیار کا موڈ اور مخالف سمتوں میں چلنے والے موڈز کا ایک جوڑا پیدا کرتا ہے۔

دو دہلیزیں

محققین نے آلے کو فیمٹو سیکنڈ لیزر دھڑکنوں سے پمپ کیا اور اس سے خارج ہونے والی روشنی کا مشاہدہ کیا۔

• 13.14 µJ/cm² پر ساکن موڈ میں ایک کنڈینسیٹ بن گیا۔
• 15.89 µJ/cm² پر اچانک دونوں مخالف سمت میں چلنے والے موڈز میں روشنی ظاہر ہوئی۔ کنڈینسیٹ ایک غیر خطی “پیرامیٹرک” عمل کے ذریعے انہیں بھر رہا تھا — مصنفین دکھاتے ہیں کہ نشوونما کے خم بالکل ویسے ہی بدلتے ہیں جیسے ایسا عمل پیش گوئی کرتا ہے۔ مخالف لہروں کے ایک جوڑے کا بھر جانا سیال کی ہموار، یکساں تشاکل کو توڑ دیتا ہے: یہی سپر سالڈ کا آغاز ہے۔

دہلیز سے نیچے اخراج (a)، کنڈینسیشن کی دہلیز پر (b) اور سپر سالڈ کی دہلیز پر (c)، جہاں کنڈینسیٹ کی توانائی پر دو مخالف معیارِ حرکت ψ₁(±k) پر روشن دھبے نمودار ہوتے ہیں۔ — شکل 2، Gong et al. (2026)، arXiv:2609.40009۔

ایک قلم جو چپ میں چھپا ہوا نہیں

براہ راست تصویر لینے پر چمکتا ہوا سیال 3.33 مائیکرو میٹر کے فاصلے پر باقاعدہ دھاریاں دکھاتا ہے، جو پیش گوئی شدہ 3.46 کے قریب ہے۔ اس وقفے کا چپ کے 290 نینو میٹر والے نقش سے کوئی تعلق نہیں: یہ ترتیب کندہ ساخت کا چھاپ نہیں بلکہ خود باہمی تعاملات سے پیدا ہوتی ہے۔ اور یہ نرم ہے: جیسے جیسے کثافت بڑھتی ہے، وقفہ مسلسل بدلتا رہتا ہے۔

کوانٹم پہلو جانچنے کے لیے ٹیم نے دو واحد فوٹون ڈیٹیکٹرز کی مدد سے ناپا کہ دونوں مخالف موڈز کی روشنی آپس میں کیسے مربوط ہے۔ صفر تاخیر پر باہمی تعلق 1.0121 تھا، جو 1 کے بہت قریب ہے، اور یہ دونوں موڈز کے درمیان ہم آہنگی کی علامت ہے۔ قلمی ترتیب اور مجموعی ہم آہنگی ایک ساتھ: مصنفین کے نزدیک کمرے کے درجۂ حرارت پر سپر سالڈ کا حتمی ثبوت۔

بائیں: حقیقی مکان میں سپر سالڈ، کنڈینسیٹ میں پھیلا ہوا دھاریوں کا نمونہ۔ دائیں: دونوں مخالف موڈز کے درمیان باہمی تعلق، صفر تاخیر پر 1.0121۔ — شکل 4، Gong et al. (2026)، arXiv:2609.40009۔

ہائیڈرو ڈائنامکس سے کوانٹم روشنی تک

آلہ دھڑکنوں سے چلتا ہے اور مسلسل روشنی کھوتا رہتا ہے، اس لیے یہ سپر سالڈ اپنے ایٹمی رشتے داروں کے برعکس توازن سے باہر رہتا ہے۔ مصنفین کے حوالہ دیے گئے پہلے کے پری پرنٹس کمرے کے درجۂ حرارت پر سپر سالڈیت کو ہدف بنا چکے تھے؛ یہ مقالہ دونوں ترتیبوں کے براہ راست مشاہدے کا دعویٰ کرتا ہے۔ ان کی فہرست میں اگلا قدم: دو جہتی نمونے، سپر سالڈ بھنور، وہ ارتعاشات جو اس کی سختی ظاہر کرتے ہیں — اور، چونکہ سپر سالڈ بنانے والا بکھراؤ خود غیر کلاسیکی روشنی کا منبع ہے، دبی ہوئی اور الجھی ہوئی (entangled) روشنی کا ایک مختصر، چپ پر مبنی منبع۔