EIN SUPERFESTKÖRPER BEI RAUMTEMPERATUR

1956 stellten Penrose und Onsager laut dem Paper eine seltsame Frage: Könnte ein und derselbe Materiezustand zugleich ein Kristall sein, dessen Teilchen in einem regelmäßigen Gitter angeordnet sind, und ein Kondensat, dessen Teilchen sich eine einzige Quantenwelle teilen und reibungsfrei fließen? Ein solcher Zustand heißt Superfestkörper (supersolid).

Die ersten klaren experimentellen Signaturen kamen 2017, in Wolken ultrakalter Atome, gefolgt von dipolaren Quantengasen, die in regelmäßige Tröpfchenanordnungen zerfallen. Seither haben Forschende ihre Schwingungen, zweidimensionale Anordnungen und sogar quantisierte Wirbel beobachtet. Doch all diese Superfestkörper existieren bei wenigen Nanokelvin, Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt, und erfordern aufwendige Kühl- und Vakuumtechnik.

Halb Licht, halb Materie

Ein Weg an der Kälte vorbei ist das Exziton-Polariton, ein hybrides Quasiteilchen, teils Licht, teils Materie. Weil Polaritonen ständig gepumpt werden und ständig entweichen, können sie eine kollektive Quantenkohärenz bei viel höheren Temperaturen aufrechterhalten. Kondensate und Supraflüssigkeiten aus Polaritonen funktionieren in organischen Materialien und Perowskiten bereits bei Raumtemperatur. Ein Polariton-Superfestkörper war kürzlich in photonischen Kristallen erzeugt worden — allerdings mit konventionellen Halbleitern und bei kryogenen Temperaturen.

Yuanhao Gong, Jingwen Ma und Kollegen unter der Leitung von Xiaobo Yin und Xiang Zhang an der University of Hong Kong kombinierten beide Zutaten. Sie züchteten dünne Einkristalle eines Bleibromid-Perowskits, MAPbBr₃, wählten einen 70 Nanometer dicken Film aus und legten ihn auf einen photonischen Kristall: eine Siliziumnitridschicht, in die ein Muster geätzt ist, das sich alle 290 Nanometer wiederholt. Das Muster bestimmt, wie sich Licht ausbreiten kann, und erzeugt eine ruhende Mode hoher Güte sowie ein Paar gegenläufiger Moden.

Zwei Schwellen

Die Forschenden pumpten das Bauteil mit Femtosekunden-Laserpulsen und beobachteten das ausgesandte Licht.

• Bei 13,14 µJ/cm² bildete sich in der ruhenden Mode ein Kondensat.
• Bei 15,89 µJ/cm² erschien plötzlich Licht in den beiden gegenläufigen Moden. Das Kondensat speiste sie über einen nichtlinearen „parametrischen“ Prozess — die Autoren zeigen, dass sich die Wachstumskurven genau so verändern, wie ein solcher Prozess es vorhersagt. Die Besetzung eines Paares gegenläufiger Wellen bricht die glatte, gleichförmige Symmetrie der Flüssigkeit: Das ist der Beginn des Superfestkörpers.

Emission unterhalb der Schwelle (a), an der Kondensationsschwelle (b) und an der Superfestkörper-Schwelle (c), wo bei der Energie des Kondensats helle Flecken bei zwei entgegengesetzten Impulsen ψ₁(±k) auftauchen. — Abbildung 2, Gong et al. (2026), arXiv:2609.40009.

Ein Kristall, der nicht in den Chip geprägt ist

Direkt abgebildet, zeigt die leuchtende Flüssigkeit regelmäßige Streifen im Abstand von 3,33 Mikrometern, nahe an den vorhergesagten 3,46. Diese Periode hat nichts mit dem 290-Nanometer-Muster des Chips zu tun: Die Ordnung ist kein Abdruck der geätzten Struktur, sondern entsteht aus den Wechselwirkungen selbst. Und sie ist weich: Steigt die Dichte, verschiebt sich der Abstand kontinuierlich.

Um die Quantenseite zu prüfen, maß das Team mit zwei Einzelphotonendetektoren, wie das Licht der beiden gegenläufigen Moden korreliert ist. Bei null Verzögerung betrug die Korrelation 1,0121, sehr nahe an 1 — die Signatur der Kohärenz zwischen beiden Moden. Kristallordnung und globale Kohärenz zusammen: Für die Autoren ist das der endgültige Beweis für einen Superfestkörper bei Raumtemperatur.

Links: der Superfestkörper im Ortsraum, ein Streifenmuster, das sich über das Kondensat erstreckt. Rechts: die Korrelation zwischen den beiden gegenläufigen Moden, 1,0121 bei null Verzögerung. — Abbildung 4, Gong et al. (2026), arXiv:2609.40009.

Von der Hydrodynamik zum Quantenlicht

Das Bauteil wird mit Pulsen betrieben und verliert ständig Licht, daher lebt dieser Superfestkörper fern vom Gleichgewicht, anders als seine atomaren Verwandten. Frühere, von den Autoren zitierte Preprints hatten bereits auf Superfestkörper-Verhalten bei Raumtemperatur gezielt; dieses beansprucht einen direkten Blick auf beide Ordnungen. Als Nächstes auf ihrer Liste: zweidimensionale Muster, superfeste Wirbel, die Schwingungen, die seine Steifigkeit verraten — und, weil die Streuung, die den Superfestkörper aufbaut, selbst eine Quelle nichtklassischen Lichts ist, eine kompakte On-Chip-Quelle für gequetschtes und verschränktes Licht.