10/03/2025
Un studio pionieristico, pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature e condotto dal Gruppo di fotonica avanzata dell’Istituto di nanotecnologia del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Nanotec) di Lecce in collaborazione con l’Istituto nazionale di ottica (Cnr-Ino), le Università di Innsbruck, Princeton e Pavia e il Lawrence Berkeley National Laboratory, ha dimostrato la presenza di una fase supersolida della materia in un condensato di polaritoni in cristallo fotonico aprendo ad una nuova strada per investigare la supersolidità, andando oltre i sistemi atomici ultrafreddi convenzionali.
Un supersolido è una fase particolare della materia, rara e controintuitiva, che combina due caratteristiche apparentemente opposte: la rigidità di un cristallo e la capacità di un superfluido di fluire senza attrito.
"Possiamo immaginare il supersolido come un fluido composto da goccioline quantistiche coerenti disposte periodicamente nello spazio, che sono in grado di fluire attraverso un ostacolo senza subire perturbazioni, mantenendo invariata la loro disposizione spaziale e la distanza reciproca come accade in un solido cristallino", afferma Iacopo Carusotto, co-autore e ricercatore CNR-INO.
Mentre la supersolidità è stata esplorata in precedenza nei condensati atomici di Bose-Einstein (BEC), lo studio attuale rappresenta la prima prova sperimentale di una fase supersolida in un sistema dissipativo forzato, non in equilibrio, utilizzando eccitoni-polaritoni in una guida d'onda a cristallo fotonico.
In altre parole, i ricercatori hanno creato lo stato supersolido condensando i polaritoni in uno stato chiamato ‘confinato nel continuo’ (BiC) all'interno di una guida d'onda a cristallo fotonico ottenendo una notevole precisione nella misurazione delle modulazioni di densità, segno distintivo della rottura della simmetria traslazionale. Allo stesso tempo, hanno sondato la coerenza locale della funzione d'onda supersolida.
"Non si tratta semplicemente di un'analogia fotonica dei sistemi atomici, ma di un approccio fondamentalmente nuovo per raggiungere la supersolidità", spiega Dimitrios Trypogeorgos, primo ricercatore CNR-Nanotec e coordinatore dello studio.
"Questo lavoro non solo dimostra l'osservazione di una fase supersolida in una piattaforma fotonica, ma apre anche la strada all'esplorazione delle fasi quantistiche della materia nei sistemi non in equilibrio", precisa Daniele Sanvitto, dirigente di ricerca e responsabile del gruppo di fotonica avanzata del CNR-Nanotec di Lecce, che aggiunge: “Ciò è particolarmente significativo perché questo approccio ha il potenziale per colmare il divario tra scienza fondamentale e applicazioni pratiche".
"Realizzare questo stato esotico di materia condensata in un fluido di luce che scorre in una nanostruttura semiconduttrice consentirà di investigare le sue proprietà fisiche in un modo nuovo e controllato e forse di essere in grado di sfruttare le sue caratteristiche uniche per possibili applicazioni a nuovi dispositivi di emissione di luce", conclude Dario Gerace, co-autore e professore ordinario all’Università di Pavia.
La scoperta ha profonde implicazioni per il futuro delle tecnologie quantistiche, tra cui potenziali applicazioni nei dispositivi fotonici avanzati e nel calcolo neuromorfico ossia l’approccio che cerca di emulare il modo in cui i neuroni si attivano, si connettono e scambiano segnali esattamente come avviene nel cervello. I ricercatori stanno ora esplorando ulteriori opportunità per manipolare lo stato supersolido e investigare il suo spettro di eccitazione a bassa energia.
Lo studio ha ricevuto finanziamenti da diversi programmi prestigiosi, tra cui il PNRR MUR - National Quantum Science and Technology Institute (NQSTI) e il programma Horizon-EIC-2022-PATHFINDER CHALLENGES dell'UE.
Per informazioni:
Dimitrios Trypogeorgos
Cnr-Nanotec
dimitrios.trypogeorgos@cnr.it
Daniele Sanvitto, Cnr-Nanotec, email: daniele.sanvitto@cnr.it
Responsabile Comunicazione: Gabriella Zammillo, Cnr-Nanotec, email: gabriella.zammillo@nanotec.cnr.it
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