In einer neuen Studie zeigen Forscher*innen um Francesca Ferlaino und Russell Bisset, wie ein atomares Gas zu einem zweidimensionalen, kreisförmigen Suprafestkörper abgekühlt werden kann. Die Methode erlaubt es der Wissenschaft, diese exotischen Materiezustände weiter zu untersuchen und nach Merkmalen wie turbulenten Wirbeln zu suchen.
In den letzten Jahren ist ein neuer Materiezustand auf der Bühne der Physik erschienen: der Suprafestkörper. Dieser besitzt sowohl die Kristallstruktur eines Festkörpers als auch die Eigenschaften eines Supraflüssigkeit, die ohne Reibung fließen kann. Das Team um Francesca Ferlaino vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Innsbruck war eines der ersten, das suprasolide Zustände in ultrakalten Quantengasen aus magnetischen Atomen erzeugt hat. Nun zeigt die Forschungsgruppe in einer neuen Studie, dass eine etablierte Methode zur Bildung von Suprafestkörpern in einem eindimensionalen Kristall - durch Abstimmung der Wechselwirkung zwischen den Teilchen - in zwei Dimensionen nicht zur Erzeugung von Suprafestigkeit führt. „Durch die Entwicklung einer neuen theoretischen Methode zeigen wir jedoch, dass durch das direkte Abkühlen eines Gases aus magnetischen Atomen in den suprasoliden Zustand größere zweidimensionale Suprasolidität erzeugt werden kann“, sagt Thomas Bland, Erstautor der neuen Studie in Physical Review Letters. Dazu verwenden die Forscher runde, pfannkuchenförmige Teilchenfallen. Auf diese Weise gelang dem Team die experimentelle Beobachtung des ersten nahezu kreisförmigen 2D-Suprafestkörpers. Zuvor hatte dasselbe Team im vergangenen Jahr die ersten 2D-Suprafestkörper in langgestreckten Geometrien beobachtet. Diese Experimente öffnen die Tür für zukünftige theoretische Untersuchungen des Kristallwachstums. „In einem zweidimensionalen suprasoliden System kann man zum Beispiel untersuchen, wie sich Wirbel bilden. Diese in der Theorie beschriebenen Wirbel wurden noch nicht nachgewiesen, stellen aber eine wichtige Folge der Suprafluidität dar“, sagt Thomas Bland.
Die Forschung wurde unter anderem vom Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF, der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, dem Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Forschung und der Europäischen Union finanziell unterstützt.