SUPERPADAT PADA SUHU RUANG — The Knowledge Frontier

Pada 1956, menurut makalah ini, Penrose dan Onsager mengajukan pertanyaan aneh: dapatkah satu wujud materi sekaligus menjadi kristal, dengan partikel-partikel tersusun dalam kisi teratur, dan kondensat, dengan partikel-partikel berbagi satu gelombang kuantum dan mengalir tanpa gesekan? Wujud seperti itu disebut superpadat (supersolid).

Tanda-tanda eksperimental pertama yang jelas muncul pada 2017, dalam awan atom ultradingin, disusul gas kuantum dipolar yang terpecah menjadi susunan tetesan yang teratur. Sejak itu para peneliti telah mengamati getarannya, susunan dua dimensinya, bahkan vorteks terkuantisasinya. Namun semua superpadat ini hanya ada pada beberapa nanokelvin, sepermiliar derajat di atas nol mutlak, dan memerlukan peralatan pendingin serta vakum yang berat.

Separuh cahaya, separuh materi

Salah satu cara menghindari suhu dingin adalah eksiton-polariton, kuasipartikel hibrida yang sebagian cahaya dan sebagian materi. Karena polariton terus-menerus dipompa dan terus-menerus bocor keluar, mereka dapat mempertahankan koherensi kuantum kolektif pada suhu yang jauh lebih tinggi. Kondensat dan superfluida polariton sudah dapat bekerja pada suhu ruang dalam material organik dan perovskit. Superpadat polariton baru-baru ini juga sudah dibuat dalam kristal fotonik — tetapi dengan semikonduktor konvensional, pada suhu kriogenik.

Yuanhao Gong, Jingwen Ma, dan rekan-rekan, dipimpin oleh Xiaobo Yin dan Xiang Zhang di Universitas Hong Kong, menggabungkan kedua bahan itu. Mereka menumbuhkan kristal tunggal tipis perovskit timbal bromida, MAPbBr₃, memilih lapisan setebal 70 nanometer, lalu meletakkannya di atas kristal fotonik: lapisan silikon nitrida yang diukir dengan pola yang berulang setiap 290 nanometer. Pola ini menentukan bagaimana cahaya dapat merambat, sehingga tercipta satu mode berkualitas tinggi yang diam dan sepasang mode yang merambat berlawanan arah.

Dua ambang

Para peneliti memompa perangkat itu dengan pulsa laser femtodetik dan mengamati cahaya yang dipancarkannya.

Pada 13,14 µJ/cm², sebuah kondensat terbentuk di mode diam.
Pada 15,89 µJ/cm², cahaya tiba-tiba muncul di kedua mode yang merambat berlawanan arah. Kondensat mengisi kedua mode itu melalui proses “parametrik” nonlinear — para penulis menunjukkan bahwa kurva pertumbuhannya berubah persis seperti yang diprediksi oleh proses semacam itu. Terisinya sepasang gelombang yang berlawanan memecah simetri fluida yang mulus dan seragam: inilah awal munculnya superpadat.

Tiga peta energi terhadap momentum dari cahaya yang dipancarkan pada daya pompa yang makin besar.

Emisi di bawah ambang (a), pada ambang kondensasi (b), dan pada ambang superpadat (c), ketika bintik-bintik terang muncul pada dua momentum berlawanan ψ₁(±k) di energi kondensat. — Gambar 2, Gong dkk. (2026), arXiv:2609.40009.

Kristal yang tidak tercetak di cip

Ketika dicitrakan secara langsung, fluida yang berpendar itu menunjukkan garis-garis teratur berjarak 3,33 mikrometer, mendekati prediksi 3,46. Periode itu tidak ada hubungannya dengan pola 290 nanometer pada cip: keteraturannya bukan jiplakan struktur yang diukir, melainkan muncul dari interaksi itu sendiri. Dan keteraturan itu lunak: ketika kerapatan naik, jaraknya bergeser secara kontinu.

Untuk memeriksa sisi kuantumnya, tim mengukur bagaimana cahaya dari kedua mode yang berlawanan saling berkorelasi, menggunakan dua detektor foton tunggal. Pada tunda nol, korelasinya 1,0121, sangat dekat dengan 1, tanda koherensi di antara kedua mode. Keteraturan kristal dan koherensi global sekaligus: bagi para penulis, bukti pasti superpadat pada suhu ruang.

Citra ruang nyata dari garis-garis yang berpendar dan diagram batang korelasi foton yang mendekati 1.

Kiri: superpadat dalam ruang nyata, pola garis yang membentang di seluruh kondensat. Kanan: korelasi antara kedua mode yang berlawanan, 1,0121 pada tunda nol. — Gambar 4, Gong dkk. (2026), arXiv:2609.40009.

Dari hidrodinamika ke cahaya kuantum

Perangkat ini digerakkan oleh pulsa dan terus-menerus kehilangan cahaya, sehingga superpadat ini hidup di luar kesetimbangan, tidak seperti sepupu-sepupu atomnya. Pracetak-pracetak sebelumnya yang dikutip para penulis sudah menargetkan superpadatan pada suhu ruang; makalah ini mengklaim pengamatan langsung atas kedua keteraturan. Berikutnya dalam daftar mereka: pola dua dimensi, vorteks superpadat, getaran yang mengungkap kekakuannya — dan, karena hamburan yang membangun superpadat itu sendiri merupakan sumber cahaya nonklasik, sumber ringkas di atas cip untuk cahaya terhimpit dan terbelit (entangled).