Forskare under ledning av Francesca Ferlaino från universitetet i Innsbruck och den österrikiska vetenskapsakademin rapporterar i Fysisk granskning X om observation av supersolid beteende i dipolära kvantgaser av erbium och dysprosium. I dysprosiumgasen är dessa egenskaper oöverträffat långlivade. Detta sätter scenen för framtida undersökningar av denna exotiska fas av materiens natur.

Supersoliditet är ett paradoxalt tillstånd där materien är både kristalliserad och superflytande. Förutspått för 50 år sedan, en sådan kontraintuitiv fas, med ganska antitetiska egenskaper, har länge sökts i superfluid helium. Dock, efter decennier av teoretiska och experimentella ansträngningar, ett entydigt bevis på supersoliditet i dessa system saknas fortfarande. Två forskargrupper ledda av Francesca Ferlaino, en vid institutet för experimentell fysik vid universitetet i Innsbruck och en vid institutet för kvantoptik och kvantinformation vid den österrikiska vetenskapsakademin, rapportera nu om observation av kännetecken för detta exotiska tillstånd i ultrakalla atomgaser.

Även om det mesta arbetet hittills har fokuserat på helium, forskare har nyligen vänt sig till atomgaser – i synnerhet, de med starka dipolära interaktioner. Teamet av Francesca Ferlaino har undersökt kvantgaser gjorda av atomer med en stark dipolär karaktär under lång tid. "Nya experiment har visat att sådana gaser uppvisar grundläggande likheter med superfluid helium, " säger Lauriane Chomaz, hänvisar till experimentella framsteg i Innsbruck och Stuttgart under de senaste åren. "Dessa egenskaper lägger grunden för att nå ett tillstånd där flera tiotusentals partiklar av gasen spontant organiserar sig i en självbestämd kristallin struktur samtidigt som de delar samma makroskopiska vågfunktion - kännetecken för supersoliditet."

Forskarna i Innsbruck skapade experimentellt tillstånd som visar dessa egenskaper hos supersoliditet genom att justera interaktionsstyrkan mellan partiklarna, i både erbium och dysprosium kvantgaser. "Medan det supersolida beteendet i erbium bara är övergående - i linje med de senaste vackra experimenten i Pisa och i Stuttgart - visar vår insikt om dysprosium en aldrig tidigare skådad stabilitet, " säger Francesca Ferlaino. "Här, supersolid-beteendet lever inte bara länge utan kan också direkt uppnås via evaporativ kylning, utgående från ett termiskt prov." Som att blåsa över en kopp te, principen här är att ta bort de partiklar som bär mest energi så att gasen blir svalare och svalare och slutligen når ett kvantdegenererat stationärt tillstånd med supersolidegenskaper vid termisk jämvikt.

Detta erbjuder spännande möjligheter för nära framtida experiment och teorier eftersom det supersolid tillståndet i den här miljön påverkas lite av dissipativ dynamik eller excitationer, vilket banar vägen för att undersöka dess excitationsspektrum och dess superfluidbeteende. Arbetet fick ekonomiskt stöd av den österrikiska vetenskapsfonden FWF, österrikiska vetenskapsakademin, och Europeiska unionen.