Luce superfluida a temperatura ambiente / Superfluid light at room temperature.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Il flusso di polaritoni che incontra un ostacolo nel regime supersonico (sopra) e nel regime superfluido (sotto)

The flow of polaritons that encounters an obstacle in supersonic (above) and superfluid (under)

La luce, a certe condizioni, può trasformarsi in un superfluido e scorrere intorno ad un difetto senza attrito, richiudendosi su se stessa senza increspature. Lo ha dimostrato un lavoro guidato da ricercatori dell'istituto Nanotec del Cnr.

Che la luce sia composta di onde è noto. Ma che i fotoni possano comportarsi come un vero e proprio liquido che forma increspature intorno a un ostacolo, come la corrente di un fiume, lo è meno. Che lo possa fare in condizioni date di temperatura e pressione ambientali è la scoperta dei ricercatori dell’Istituto di nanotecnologia del Consiglio nazionale delle ricerche (Nanotec-Cnr) di Lecce: la luce quando è “vestita di elettroni” può diventare addirittura un superfluido e scorrere intorno a un “difetto” senza attrito, richiudendosi su se stessa senza increspature. I risultati sono stati pubblicati su Nature Physics e sono frutto del lavoro sperimentale effettuato presso i laboratori di Fotonica avanzata del Nanotec-Cnr di Lecce, in collaborazione con il Dipartimento di matematica e fisica ‘Ennio De Giorgi’ dell’Università del Salento, il Polytechnique di Montrèal in Canada, il Centre of Excellence della Aalto University in Finlandia e l’Imperial College di Londra.

«La superfluidità dei cosiddetti condensati di Bose-Einstein (noti anche come “quinto stato della materia”) è un fenomeno affascinante, scoperto già nel secolo scorso nei gas di atomi ultrafreddi (ovvero a temperature prossime allo zero assoluto, -273 gradi Celsius) e studiato in modo più approfondito a cavallo del millennio, grazie alle nuove tecnologie criogeniche ed ottiche in continuo sviluppo» dichiara Giuseppe Gigli, direttore del Nanotec-Cnr e co-autore della ricerca. «La straordinaria osservazione di questo lavoro è che tale proprietà può essere osservata a temperatura ambiente utilizzando particelle molto leggere che si trovano, in certe condizioni, nei semiconduttori, mentre finora tale proprietà era relegata a temperature prossime allo zero assoluto, chiaramente incompatibili con la vita».

«Per ottenere la superfluidità a temperatura ambiente», aggiunge Daniele Sanvitto, primo ricercatore Cnr e coordinatore del team scientifico, «abbiamo utilizzato un fluido ibrido molto speciale, composto di luce e materiale organico. In questo modo, intrappolando la luce tra due specchi altamente riflettenti, siamo riusciti a sfruttare la velocità dei fotoni e la carica degli elettroni, inducendo un flusso di cosiddetti polaritoni (le particelle ibride) e mandandolo ad altissima velocità contro un ostacolo. Mentre in condizioni normali il fluido si comporta come la corrente di un fiume, rimbalzando e facendo delle increspature e dei vortici intorno all’ostacolo, aumentando la sua densità siamo riusciti a sopprimere le turbolenze, inducendo il flusso a richiudersi su se stesso e proseguire la sua corsa senza attrito»  prosegue il ricercatore. «In un superconduttore succede qualcosa di simile: gli elettroni, in coppia, condensano dando origine a dei superfluidi che in questo caso conducono anche delle supercorrenti diventando così possibile trasportare elettricità senza perdite».

«Oltre la fisica di base sui condensati interessata in questa ricerca, gli esperimenti di Lecce potrebbero essere utili nel progettare dei dispositivi fotonici in cui le perdite vengano ridotte al minimo grazie al regime superfluido», sottolinea Lorenzo Dominici del team di Lecce. «E magari, proprio nei nuovi computer ottici o quantistici», sul cui fronte sono anche attivi i membri del gruppo di Fotonica avanzata di Nanotec-Cnr.

ENGLISH

Light, under certain conditions, can become a superfluid and flow around a friction without fault, closing itself on itself without ripples. This was demonstrated by a job led by researchers at CNN's Nanotec Institute.

That light is composed of waves is known. but that photons can act as a real liquid that forms ripples around an obstacle, such as the current of a river, is less. That can be done under conditions of temperature and environmental pressure is the discovery of researchers at the Nanotecnical Institute of the National Research Council (Nanotec-CNR) in Lecce: light when it is "dressed with electrons" can even become a superfluid and swirling around a "defect" without friction, closing itself on itself without rippling. The results have been published in Nature Physics and are the result of experimental work carried out at the Nanotec-Cnr advanced photonics laboratories in Lecce, in collaboration with the Department of Mathematics and Physics 'Ennio De Giorgi' of the University of Salento, Polytechnique Of Montrèal in Canada, the Center of Excellence at Aalto University in Finland and the Imperial College in London.

"The superfluidity of the so-called condensates of Bose-Einstein (also known as the" fifth state of matter ") is a fascinating phenomenon, discovered in the last century in the ultra-cold atoms (at temperatures close to absolute zero, -273 degrees Celsius) and studied more thoroughly by the millennium thanks to the new emerging cryogenic and optical technologies, "said Giuseppe Gigli, director of Nanotec-CNR and co-author of the research. "The remarkable observation of this work is that this property can be observed at room temperature using very light particles found under certain conditions in semiconductors, whereas so far this property was relegated to temperatures close to absolute zero, clearly incompatible with life ».

"To achieve superfluidity at room temperature," adds Daniele Sanvitto, the first Cnr researcher and scientific team coordinator, "we used a very special hybrid fluid, made up of light and organic material. In this way, trapping the light between two highly reflective mirrors, we were able to exploit the speed of the photons and the charge of the electrons, causing a flow of so-called polaritons (hybrid particles) and sending it at very high speed against an obstacle. While under normal conditions the fluid behaves like the current of a river, bouncing and rippling and vortexing around the obstacle, increasing its density we have managed to suppress the turbulence, causing the flow to close on itself and continue the flow Its running without friction, "the researcher continues. "In a superconductor, something like this happens: electrons in pairs condense, giving rise to superfluids that in this case also lead to supercurrents, thus making it possible to carry electricity without losses."

"Apart from the basic physics of the condensates involved in this research, Lecce's experiments could be useful in designing photonic devices where leakage is minimized thanks to superfluous regimen," said Lorenzo Dominici of the Lecce team. "And maybe in the new optical or quantum computers," on which the members of the Nanotec-Cnr advanced photonics group are also. 

Da:

http://www.media.inaf.it/2017/06/12/luce-superfluida-a-temperatura-ambiente/